机床齿轮（共8篇）
机床齿轮 篇1
重庆机床 (集团) 有限责任公司是中国专业制造圆柱齿轮加工机床的国有大型企业, 是国内最大的成套制齿装备生产基地, 是世界上齿轮加工机床产销量最大的制造商, 也是ISO9001:2000国际质量管理体系和CE认证企业。现介绍三种新产品。
1. Y31320CNC6大型数控滚齿机。
该机采用当今世界主流设计思想, 集现代数控技术、机械高刚性设计、平衡对称抗变形理论以及值得信赖的安全功能、完美的外观和人机协调功能为一体, 是适合于大模数齿轮加工的全数控加工机床。X、Y、Z轴采用全新高强度、高刚性的大件结构, 并配置有光栅尺。床身的对称结构使排屑器能从床身中部迅速将炙热的切屑排除, 而冷却油的对称循环保证了机床的热稳定性。机床具有最短的滚刀主轴传动链和滚动、静压主轴支承结构及消除间隙机构, 满足了滚刀主轴系统高转速、抗振动的要求;以高精度双蜗杆蜗轮副和工作台静压支承、卸荷导轨结构来实现工作台无间隙传动, 满足切齿精度的要求;液压管路、电缆行线采用拖链系统, 结构紧凑, 布置合理, 充分保证了机床控制系统的可靠性;循环油润滑系统和压缩空气的强力输入减少了由于切削力大、切削时间长而产生的热量, 提高了大批量生产的工艺能力。
该机床可供大模数齿轮加工使用, 能高质量地完成圆柱直齿轮、斜齿轮 (轴齿轮、盘齿轮) 、蜗轮、小锥度齿轮、鼓形齿轮、花键、不同模数和螺旋角 (大小及方向) 的双联齿轮或多联齿轮等齿类零件的加工。在机床标准配置基础上, 可配FANUC-18i控制系统、工件夹具、小立柱等零部件。
2. YS3140CNC6六轴四联动数控高效滚齿机。
该机为六轴控制, 1个主轴, 5个伺服轴, 四轴联动, 各运动轴均采用交流伺服电机驱动。采用电子链完成切齿时的分齿运动、差动补偿和进给补偿, 最短的传动链和可靠的传动方式使得机床紧凑、高效、可靠;机床按展成法原理, 用于加工圆柱直、斜齿轮, 小锥度齿轮, 鼓形齿轮, 少齿数齿轮和花键。还能采用单分度方式铣直槽或螺旋槽。机床能承受高负荷强力切削和高速切削, 当采用涂层滚刀时, 其切削速度可达120m/min。机床主要用于工程机械、船用减速箱、重型汽车、电梯等行业的齿轮加工。该机床标准配置为FANUC 18i数控系统。
3. YD4232CNC4/YD4240CNC4四轴数控剃齿机。
该机是一种高效的齿轮精加工机床, 适用于外啮合直齿、斜齿圆柱齿轮和连轴、台阶齿轮的剃削加工。它可通过仿形机构完成鼓形齿和小锥度齿轮的剃削加工。机床刚性好, 调整简单, 生产效率高, 特别适用于汽车、摩托车、拖拉机、载重汽车、工程机械等行业的批量齿轮加工。该机的4个控制轴分别是径向进给运动 (Z轴) 、工作台轴向进给 (X轴) 、刀架转角运动 (A轴) 和刀具转动 (B轴) 。径向 (Z轴) 采用数字式伺服电机+滚珠丝杆带动滑板做垂直进给和快速运动。径向进给速度可自动转换, 并实现微量回程。其伺服电机前端配有一减速机 (减速比1∶5) , 提高了Z轴的切削扭矩。刀架转角 (A轴) 采用数字式伺服电机驱动高精度修形分度副, 以绝对编码器作为反馈元件, 不用回参考点, 任何时候都可以按程序设定值精确地转角。主轴采用高精度轴承支承, 剃刀的锁紧采用了快换装置, 省时、省力;针对大规格工件, 也可带辅助支承, 增加主轴刚性。主轴通过数控系统程序设定实现无级调速。机床带鼓形及锥度调整机构, 且由双支承直线滚动导轨支承工作台;调整时配有标尺和百分表, 工件采用液压油缸驱动顶尖夹紧;机床具有半自动加工循环, 循环动作可通过零件加工程序进行变换;主要导轨采用贴塑处理;机床具有定量集中润滑系统、自动润滑导轨副和滚珠丝杆, 采用外置式大容量磁力排屑冷却油箱;机床液压系统、定量润滑系统、冷却系统完全独立, 主要电气、液压元件、关键轴承采用进口产品。机床可配盘齿、轴齿机构的上下料装置, 加工细长轴齿时可带浮动辅助支承。X09.10-04
机床齿轮 篇2
【关键词】线切割；齿轮公法线长度；公差值
一、引言
齿轮加工的基本要求是齿形准确和分齿均匀。齿轮的加工方法很多，最常用的是切削加工法，此外，还有铸造法、热轧法等。齿轮的切削加工法可以分为仿形法与范成法两大类。仿形法是用与齿轮齿槽形状相同的圆盘铣刀或指状铣刀在铣床上进行加工，如下图所示。指状铣刀主要用于加工大模数（m>8mm）的齿轮。这种加工方法精度低，而且是逐个齿切削，切削不连续，故生产率很低，仅适用单件或小批生产低精度的齿轮。范成法也叫展成法，它是利用齿轮的啮合原理来切削轮齿齿廓的。这种方法加工齿轮精度较高，是目前轮齿加工的主要方法。范成法种类很多，有插齿、滚齿、剃齿、磨齿等，其中最常用的是插齿和滚齿，剃齿和磨齿则用于精度和光洁度要求较高的场合。本文章根據单件齿轮在线切割上加工，通过实际加工只要控制好公法线长度的公差值，试用效果良好工作可靠，也能满足高精度、传动效率高等优点。
二、在线切割上加工齿轮的背景
在针对汽车四轮移动式升降机现存的爬坡能力不足，行走速度偏快等缺陷进行了技术改造。
通过现场对该机实地测绘，决定在汽车后桥输入端增加一级减速机构。因受空间位置的限制，要求该机构应具备：结构紧凑合理、传件受力与后桥传动件匹配、拆装维修方便。针对上述要求，做了以下设计：
根据齿轮啮合理论，在中心距不变的情况下，齿轮采用高度变位，小齿轮变位系数为x1=0.25 大齿轮x2=-0.25（齿轮参数表1）
因空间限制，减速箱厚度控制在95毫米以内，即在满足深度的前提下，减速箱结构紧凑。
三、齿轮公法线长度的准确公差值在线切割机上实现原理
目前齿轮齿形的加工一般在滚齿机、插齿机上进行。其公法线长度范围控制比较容易。如果在线切割机床上加工渐开线齿轮，首先要解决控制齿轮公法线长度的公差范围，需要根据公差值确定钼丝的补偿量。现以小齿轮的加工为例，介绍齿形的加工过程：为了保证公法线长度30.669mm，钼丝的让刀控制在齿圈一侧；公法线长度的公差控制在-0.079～-0.145mm之间，取公差范围的中间值-0.112mm。即钼丝在齿轮轮廓线上让刀量为0.055mm；在计算机上设定公法线长度为30.669mm-0.112mm=30.557mm。加工后放大、小齿轮轻单向和装配后检验。齿轮双径向跳动，同轴度两齿轮齿隙0.17mm均符合图纸要求。
因此单件或试验性阶段加工齿轮是可行的。齿轮在线切割机上加工也能准确的控制在公法线长度的公差值。
四、结束语
慢走丝机床加工精密齿轮 篇3
齿轮的加工有很多方法, 一种典型齿轮加工方法是利用齿轮的啮合原理来加工齿轮齿形的叫范成法, 滚齿和剃齿是比较典型的齿轮加工方法, 另一种方法是在齿坯上适用于齿轮齿槽法向截面相一致的刀具加工出齿形的方法。
滚齿加工一般可以加工出8级精度的齿轮, 如果利用精密滚齿机和精密滚刀可以加工出4-5级精度的齿轮。在滚齿加工中常出现误差幼齿圆和径向跳动误差、公法线长度误差、齿形误差、齿向误差、齿面粗糙度, 只要我们找到误差来源, 再生产和加工过程中加以控制, 就可以提高齿轮的精度。
剃齿加工是齿轮一种常用加工方法, 工作原理如同螺旋齿轮副啮合原理, 被加工齿轮可以看成是有齿圆柱齿轮, 加工刀具可以看成是螺旋齿轮, 剃齿刀与被加工齿轮啮合, 回转轴线构成一个角度, 剃齿刀可以分解成两个运动, 一种运动带动工件旋转, 另一种运动是剃削的切削运动, 剃齿刀可以在工件表面上切0.01-0.05mm切屑, 因此切削加工广泛运用在齿轮精加工。
对齿轮进行精加工可采用磨削、珩磨、研磨、抛光等精加工工艺, 其中磨齿工艺最为广泛应用。
1 齿轮加工工艺方案
在齿轮泵中, 最关键的部件是一对相互啮合的齿轮, 齿轮加工精度基本决定了齿轮泵性能。国外许多著名的齿轮的齿轮泵生产厂家, 都是伴随着齿轮泵加工成精密级不断发展壮大的, 齿轮泵越精密销售量猛增市场占有率越高。制造精密齿轮泵一直是齿轮泵研究的一个重要方向。本文考虑到材料的热处理, 还考虑到本单位的设备状况, 提出里齿轮加工两种工艺方案如下:
方案一:下料———粗车———调质———精车———粗磨———线切割———磨齿———氧化
方案二:下料———正活———粗车———精车———渗碳淬火———粗磨———精磨——线切割———磨齿
2 齿轮坯制作
本单位有数控慢走丝线切割机床, 由于本文齿轮的模数较小, 必然为最后工序磨齿做出高精度齿轮坯, 所以利用数控慢走丝线切割加工齿轮坯, 这样加工出齿轮坯为磨齿提供了高精度齿形和定位精度。
数控满走丝线切割加工齿形应在齿坯外形留5-10mm装夹余量, 还必须考虑到钢丝的入丝点和出丝点, 由于齿轮外形不能有痕迹, 所以本文入丝点和出丝点选在齿根处。
慢走丝线切割在加工过程中使用多次切割的先进工艺, 采用多次切割工艺时第一次切割主要进行高速稳定切割, 可选用高峰值电流, 第二次切割主要是修光, 选择较小的脉冲电流和脉冲宽度, 第三次切割主要是精修。
数控慢走丝线切割机床采用编程方式是交互式图形编程, 以Pre/E软件画出一件齿形图, 然后利用数控慢走丝的切割机床进行编程, 编制程序如图1。
利用数控慢走丝线切割加工高精度齿轮坯, 齿轮的精度见表1。
参考文献
[1]徐茂功, 主编.公差配合与技术测量[M].机械工业出版社, 2003.
[2]齿轮手册编委会, 主编.齿轮手册[M].机械工业出版社, 2002.
数控机床加工椭圆齿轮的数值计算 篇4
关键词：椭圆齿轮,分度曲线,啮合长度
1椭圆齿轮分度曲线
图1为椭圆流量计的一零件图。求椭圆的分度曲线, 实际上就是求椭圆的等距曲线。
设A (X, Y) 是椭圆上任一点, B (X1, Y1) , C (X2, Y2) 为其等距曲线上的对应点, 如图2所示。
∴关键在于求向量AB、AC方向
∵过A点的单位切向量为:
∴与AB同方向的单位法向量为:
与AC同方向的单位法向量为:
∴椭圆x2a2+y2b2=1的等距曲线C1、C2的方程分别为:
2椭圆齿轮的啮合长度
如图3所示, 椭圆齿轮的啮合长度, 其实就是要计算椭圆的弧长。对于360°齿轮就不用了, 但对于扇形齿轮就必须进行计算了。椭圆上, 点 (acost1, bsint1) 到点 (acost2, bsint2) 的弧长有:其中起点 (acost1, bsint1) 的t值, 终点 (acost2, bsint2) 的t值。
其中:Ra (t) 泰勒中值定理中的余项;i∈{1, 2, 3, k}
除了首项a0=1外, 其余项的通项式是:
参考文献
[1]韩鸿鸾.数控加工技师手册[M].北京机械工业出版社, 2002.
机床齿轮 篇5
数控机床伺服系统是数控系统与机床相连的环节, 它是以机床运动部件的位置和速度为控制力的自动控制系统。在数控机床中, 数控系统决定数控机床的功能和可靠性, 而伺服系统决定了数控机床的精度和质量[5]。设计一种高性能的伺服系统, 对数控机床有着十分重要的意义。数控机床伺服传动系统是系统和机床的中间环节, 其结构的设计和参数选择将影响到工件的精度、表面质量和生产效率。文章中采用伺服电机-变速齿轮-工作台的伺服传动系统, 在机械设计中齿轮传动应用十分广泛。但它的设计过程较为繁杂, 所覆盖的参数广, 给设计者带了很多的不便。随着计算机辅助设计 (CAD/CAM) 的发展, 本文用CAD技术来对变速齿轮进行设计。
1 数控机床伺服系统简介
数控机床是一种高精度的机械加工设备, 其伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行元件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统;机械传动部件和执行元件组成机械传动系统;检测元件与反馈电路组成检测装置系统[8]。伺服系统是以指令脉冲为输入给定值与输出被调量进行比较而产生反馈信号, 利用产生的反馈信号对系统进行自动调节, 从而消除偏差, 使被调量跟踪给定值。所以, 伺服系统的运动来源于反馈信号, 必须具有负反馈回路, 并且始终处于过渡过程状态。
数控机床伺服系统工作原理:数控机床伺服系统按其工作原理不同, 可分为主轴伺服系统 (主轴驱动的切削运动, 以旋转运动为主) 和进给伺服系统 (控制机床各坐标轴的切削进给运动) 。机床主轴主传动是旋转运动, 传递切削力, 伺服驱动系统分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两大类[6], 数控机床要求主轴伺服驱动系统能够在很宽范围内实现转速连续可调, 并且稳定可靠。当机床有螺纹加工功能、C轴功能、准停功能和恒线速度加工时, 主轴电动机需要装配检测元件, 对主轴速度和位置进行控制。主轴驱动变速目前主要有3种形式:一是带有变速齿轮传动方式, 可实现分段无级调速, 扩大输出转矩, 满足强力切削要求的转矩;二是通过带传动方式, 可避免齿轮传动时引起的震动与噪声, 适用于低转矩特性要求的小型机床;三是由调速电动机直接驱动的传动方式, 主轴传动部件结构简单, 紧凑, 这种方式主轴输入的转矩小。本文主要对第一种方式中的变速齿轮进行设计和探讨。
2 齿轮设计
齿轮传动是一种重要的传动形式, 广泛应用机械制造各个领域。传动设计本身是一个复杂的问题, 其它体积、重量、承载能力主要由传动参数确定[1]。为了使在实际设计中各参数达到最优设计, 必须采用一种高效、方便的设计方法。随着计算机辅助设计在机械设计中运用的普及, 为提高设计效率, 文章就利用Pro/E进行齿轮传动的自动化设计。Pro/E是一款功能强大的三维CAD软件, 采用参数优化、基于特征的三维实体造型系统, 其参数化特征造型在保证几何、拓扑关系不变的情况下, 以单一全关联的数据库实现模型的快速再生;其二次开发接口使用户可以在自己开发的程序中, 对零件进行各种操作和控制, 从而实现程序化设计。
2.1 齿轮种类简介
齿轮的种类有很多, 根据轴向和位置关系可以分为下面3类:平行轴类, 交叉轴类, 偏移轴类。
平行轴类有如下几种:1) 正齿轮:其齿筋平行于轴心的直线圆筒齿轮。2) 齿条轮:与正齿轮咬合的直线条状齿轮, 可以认为是齿轮的节距大小变成无限大的情况。3) 内齿轮:与正齿轮咬合的直线圆筒内侧齿轮。4) 螺旋齿轮:齿筋成螺旋线的圆筒齿轮。5) 斜齿齿轮:与螺旋齿轮咬合的直线齿轮。6) 双螺旋齿轮:左右旋齿筋形成的螺旋齿轮。
交叉轴类有如下几种:1) 直齿伞形齿轮:齿筋与节圆锥的母线一致的伞形齿轮。2) 弯齿伞形齿轮:齿筋具有螺旋角的弯曲线的伞形齿轮。3) 零螺旋弯齿伞形齿轮:螺旋角是零之弯齿伞形齿轮。
偏移轴类有如下几种:1) 圆筒蜗轮齿轮:圆筒蜗轮齿轮是蜗杆和齿轮的总称。2) 错交螺旋齿轮:它是一种圆筒形螺旋齿轮, 其需要利用错交轴之间的传动。3) 面齿轮:能够与正齿轮或者螺旋齿轮咬合的圆盘形面齿轮。4) 鼓形蜗轮齿轮:凹鼓形蜗杆及与其咬合的齿轮的总称。
2.2 齿轮设计的注意事项
在齿轮设计中, 主要考虑的问题包括基本参数和几何尺寸计算、啮合原理及啮合特点;另外, 承载能力设计主要包括设计计算准则、齿轮失效、力分析和强度计算等内容。1) 了解齿轮传动的特点、应用及类型。2) 理解齿廓啮合基本定律以及渐开线齿廓的形成及其性质, 掌握渐开线齿轮的基本参数、标准齿轮的几何计算, 还有切齿原理、标准齿轮和变位齿轮的特点及其变位齿轮的尺寸变化。3) 了解齿轮精度选择的方法和实效形式的特点、生成特点以及减轻损伤机制, 掌握齿轮的材料选择要求、钢材材料选用及其热处理特点。4) 做好齿轮传动的受力分析, 了解在平行轴斜齿轮轴向力的大小和方向的确定, 直齿锥齿传动轴向力和径向力的关系, 载荷修正系数的意义及其影响因素, 以及减小其影响的方法。5) 掌握齿轮的形式、结构和特点, 能够绘出齿轮的零件结构图, 以及齿轮传动润滑油种类、粘度及润滑方式的选择。
2.3 齿轮参数建模
齿轮精确的三维模型是齿轮零件设计加工的基础。在Pro/E环境下[7], 可以实现齿轮轮齿的轮廓设计, 进入Pro/E零件设计界面, 在工具/参数的选项中, 进入参数对话框, 将齿轮的各参数添加到参数列表框。具体有:齿数K, 齿轮模数M, 压力角β, 螺旋角γ, 齿顶高度系数Hx, 顶系数CX, 变位系数X, 齿轮宽度B。以上参数均要输入所需设计的齿轮参数数值, 对于齿轮顶高HA, 齿根高HF, 分度圆直径D, 基圆直径DB, 齿顶圆直径DA, 齿根圆直径DF等这些参数不需要输入任何数值, 可根据齿轮基本几何参数来确定关系式计算。
2.4 Pro/E二次开发齿轮参数设计原理
Pro/Program是Pro/E软件提供的一种程序化的二次开发工具。使用Pro/Program软件可以直接生成设计元件的三维实体图像, Program模块应用是自动化零件设计的一项重要工作, 工程师可以很方便地使用一种高级程序设计语言来控制尺寸的大小、特征的出现与否、零件的出现与否、零件的个数等。当零件的Program设计完成后, 以后读取此零件时, 就可以使用非常简单的方式便得到它不同的形状和各种变化情况, 实现产品设计的要求。使用Pro/E软件很难直接生成齿轮模型, 即使在Pro/E中生成的齿轮。如果模数、齿数和变位系数发生变化, 需要精心复杂地设计计算和造型分析, 此时的工作量十分庞大[2]。文章就基本变速齿轮的生成原理, 结合Program程序, 编制变速齿轮实体造型的设计程序, 用户在输入相应的齿轮设计参数就可以快速地生成齿轮实体图形。
齿轮设计中基本参数包括:齿数K1、K2, 模数m, 压力角β, 齿顶高系数hk, 和顶隙系数c, 齿宽系数B0。齿轮传动时间根据传递转速、功率和传动比来设置这6个系数。通过Sweep特征来设计齿形的渐开线, 但是, 齿轮槽的行政和齿轮模数、齿数、变为系数和压力角有关, 其中内齿轮齿根圆的半径大于渐开线的基圆半径, 而外齿轮齿根圆的半径小于渐开线的基圆半径, 齿轮在齿合时只在渐开线部分, 这是因为外齿轮在设计时可在基圆以下部分与渐开线相切的直线来间接根圆, 而内齿轮则无需加相切线, 只需要渐开线的一部分即可。
在Pro/E软件无法在零件设计模式下调用不同零件, 但是在装配模式下可以实现相应的调用功能。首先在asm下新建一个文件, 然后把坐标系统设为mmns, 将内、外齿轮的造型按照基准缺省的模式组装起来, 这样就把两种不同的齿轮组合在一起, 再通过Program编程判断齿轮的齿根圆半径是否大于渐开线的基圆半径来决定采用内齿轮还是外齿轮。若小于则采用内齿轮, 反之, 则采用外齿轮。
2.5 Pro/E程序设计
Program程序设计包括5个部分:参数输入、添加特征、关系定义、质量程序、程序标题。其中添加特征和程序标题由程序自动生成, 用户可以对参数输入、关系定义、质量程序根据齿轮设计的实际情况来进行调整。
利用Pro/E软件提供的二次开发程序设计齿轮后, 可以直接生产其零件和部件图, 且利用Pro/E制作的工程图与实体模型之间具有完全的相关性, 可以使工程图与实体模型保持一致。
3 结语
带变速齿轮的主轴伺服系统中, 其齿轮设计是伺服系统中一个非常重要的环节。它关系到整个伺服系统的性能, 对于传动设计, 除满足机床速度方面的要求外, 还要能够使负载和转动惯量得到合理的配置, 可以通过调整变速齿轮传动系数, 降低转动惯量, 提高负载能力, 从而对整个伺服系统的性能都有很大的帮助。文章中齿轮的设计方法对提高伺服系统精度、效率和其它性能都有非常重要的意义。
参考文献
[1]于晶, 李福文, 杨小辉.变位齿轮传动参数的测绘与计算[J].中国重型装备, 2011 (3) .
[2]杨波, 张明勇.基于参数化设计方法的齿轮设计自动化技术[J].组合机床与自动化加工技术, 2010, (3) .
[3]吴海功.浅析齿轮传动的失效形式及预防措施[J].机电信息, 2010, (6) .
[4]陈琳.数控机床伺服系统故障的维修[J].科技情报开发与经济, 2007, (17) .
[5]李华楹.数控机床伺服系统性能分析[J].岳阳职业技术学院学报, 2007, (1) .
[6]何红欣.数控机床伺服系统的调整[J].制造技术与机床, 2006, (8) .
[7]冯显英, 胡滨, 葛荣雨.基于Pro/E的斜齿轮参数化建模及仿真加工[J].组合机床与自动化加工技术2006, (6) .
机床齿轮 篇6
关键词：PLC,专用机床,变频器
1 引言
某齿轮厂有一系列齿轮加工件, 原来一直用普通铣床上加工, 由于该系列齿轮共有3种, 分别需要4刀、6刀和9刀加工, 且每刀加工又分为长刀和短刀两种 (长刀即一刀把圆形齿轮两边都铣出槽, 而短刀则只需在单边铣槽) 。因此, 对应长、短刀, 工作台进给的距离不同, 长刀时工作台进给距离要超过圆形齿轮, 在齿轮两边都铣出槽, 而短刀只需进给到铣过齿轮一边后即返回。每刀完成后, 夹具转动一个角度再进行下一刀的切削。由此可见, 加工该系列齿轮对操作者的要求较高, 既要准确迅速地操作机床工作台的往返进给, 又要及时转动夹具到下一工位, 再加上长短刀的顺序变化, 操作时稍不注意或动作慢就会造成工件报废。
通过使用可编程控制器及变频器等, 对这台机床进行改造, 可使之成为专门加工该系列齿轮的专用机床, 自动实现3种齿轮长短刀的动作, 操作方便, 运行十分可靠, 获得了很好的效果。
2 设计思路
(1) 原机床机械部分基本不变, 只需给机床导轨贴塑, 丝杠更换为滚珠丝杠。更换的目的是为了提高机床快速进给的速度, 提高效率。
(2) 进给改为变频电机驱动, 变频器采用三菱FR-E540-3.7。
(3) 增加机床零位、工进位、短刀位和长刀位的限位开关, 以检测工作台的位置, 同时在工作台左右两侧增加安全限位, 以防止工作台过行程。
(4) 整机由PLC进行控制, PLC选用三菱FX2n-48MR。通过操作面板的三档选择开关进行4刀、6刀和9刀3种工件的选择, PLC进行3种工件加工的自动运行。
3 电气控制
整个电气控制分为自动和手动两种方式 (如图1, PLC输入、输出接线图所示) , 由SA1旋钮开关选择, 自动运行用于加工齿轮, 而手动方式则为方便机床调试以及更换另一种类工件时进行调整。SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别为机床零位、工进位、短刀位、长刀位的检测行程开关, 主要用于自动运行时的位置检测。PLC输出Y4、Y5为前进、后退, Y6、Y7分别为快速和慢速, 这4个信号输出分别控制变频器的正反转运行 (即工作台的前进和后退) 以及速度选择, 利用变频器的外接端子控制的多段频率功能实现工作台的两种速度变化, 快慢速由变频器参数设定, 从而实现加工中的快进、工进和快退的要求。
在手动方式下, 主电机M1由SB1、SB2分别控制启动、停止, 主轴电机为双速电机, 高低速度可通过SA2进行选择, Y1和Y2分别为主轴低速和主轴高速的输出;按钮SB3、SB4、SB5分别控制工作台的快进、工进和快退, SB7用于操作机床回零位 (即工作台加工初始位置) 。4、6、9刀3种工件通过SA3开关进行选择。另外, SB8、SB9控制冷却泵的启动和停止, 输出为Y3。
自动运行时, 首先必须确保机床处于零位, 若不在零位可在手动方式下进行机床回零, 使工作台回到初始位, PLC的Y10输出回零指示信号, 因此操作者可通过操作面板上的回零灯检查是否在零位。回到零位即可装夹工件, 并通过SA3选择合适的加工程序, 按下自动启动按钮SB6, 主轴电机开始运行, 高低速由面板选择开关SA2选择;同时, 工作台快进, 到工件位置即限位SQ2闭合时, 减速以工进速度运行, 开始切削。如果该步执行短刀, 则到短刀位SQ3时即以快速返回零位;如果该步是长刀, 则一直以工进速度继续向前, 直到检测到长刀位后, 再快退至零位;然后进行下一刀的切削, 在回退零位和开始下一刀之间有一段延时, 方便操作工转动夹具到下一工位。
这里以6刀程序为例, 介绍自动运行时的程序编制。
所谓的6刀加工程序, 指该类齿轮需要6刀加工, 依次为短刀-长刀-短刀-长刀-短刀-长刀, 每一刀后夹具转动一个角度进行下一刀的加工。从顺序来看, 该程序为短刀、长刀3个循环, 采用PLC的步进指令可以方便编写这段程序。如图2为该段程序的SFC状态转移图。
同样的方法, 可根据4刀工件的短-短-长-长顺序, 和9刀工件的短-长-短-长-长-短-短-长-短顺序, 编制出4刀、9刀的加工程序。程序中, 步进指令的输出之所以采用中间继电器, 是为了在工进、和快退到位后根据需要加上适当的延时时间时可以简化程序。
在改造中, 选择的PLC的输入输出点都适当预留了一部分, 以方便用户以后工装夹具的改造, 使夹具能自动旋转角度, 这样该齿轮专用机床可完全自动运行, 而不需要操作工在每刀切削后转动夹具。
4 结语
该机床根据上面控制改造成齿轮专用机床后, 使用中获得了很好的效果。操作较之改造前方便许多, 生产效率也得到很大提高, 同时大大减少了废品的产生, 且运行非常可靠。而整个改造中, 由于采用了PLC和变频器, 改造费用比起进行数控改造要经济很多, 但改造效果却非常理想。
参考文献
[1]郁汉琪.电气控制与可编程序控制器[M].南京:东南大学出版社, 2005.
机床齿轮 篇7
锥齿轮研齿是利用锥齿轮副啮合过程中齿面的滑动速度,在啮合区中加入研磨剂进行齿轮副的齿面研合。研齿能修正热处理后带来的变形,降低齿面粗糙度,并改善接触区;降低齿轮副传动噪声,提高传动效率和使用寿命。锥齿轮研齿作为一种齿轮热处理后的加工手段,生产效率高,噪声降低效果明显,在汽车齿轮生产行业得到广泛应用。
数控螺旋锥齿轮研齿机是在机械式研齿机上发展起来的,在机械式研齿机上加入数控系统和控制软件,并对某些零部件进行创新设计,实现齿轮的自动对齿,自动运行到标准安装位置;通过控制软件实现全齿面自动研磨,加工效率更高,研磨效果更好。
湖南中大创远数控装备有限公司是一家生产数控螺旋锥齿轮加工成套设备的专业厂家,产品包括全数控螺旋锥齿轮磨齿机、数控螺旋锥齿轮铣齿机、数控螺旋锥齿轮研齿机、数控螺旋锥齿轮检查机、数控螺旋锥齿轮磨刀机等。本文将要展开讨论的是数控螺旋锥齿轮研齿机。
2 机床结构数学模型的建立
数控螺旋锥齿轮研齿机是数控机床的一种,有一般数控机床的共性。有数控系统、有坐标系,坐标轴(直线轴和回转轴)等要素。但它做为一种专业的齿轮加工机床有它的特殊性,它的坐标系原点是固定的,不能改变位置。根据研齿机的工作原理,为保证一对锥齿轮副能在正确的位置啮合,该机床必须有3根数控直线坐标轴X、Y、Z,其中X轴控制小轮的安装距,Y轴控制锥齿轮副小轮的偏置距,Z轴控制大、小轮的安装距。锥齿轮副进入正确啮合位置后为实现锥齿轮副齿面相互研磨需要两根旋转轴A、C分别带动小轮和大轮旋转(可反向);另外为实现α-H研齿方式和对轴交角不等于90°的锥齿轮副进行研磨,需要一根回转轴B轴(回转角度需要精确控制)。
通过上面的论述,考虑到锥齿轮安装在机床主轴上需要的夹具,可以绘制出下面的机床结构数学模型图(图1):
图1中:A为小轮主轴旋转轴线;B为锥齿轮副轴交角Σ(小轮主轴A与大轮主轴C的夹角);C为大轮主轴旋转轴线;X为大轮主轴轴线到B轴中心的距离,反映小轮的安装距MD1;Y为小轮主轴轴线与大轮主轴轴线的高度差,反映小轮的偏置距E;Z为B轴中心到大轮主轴端面的距离,反映大、小轮的安装距MD2、MD1;J1为小轮夹具高度;J2为大轮夹具高度;K为结构常数(B轴中心到小轮主轴端面的距离);MD1为小轮安装距;MD2为大轮安装距。
研齿机工作时,首先锥齿轮副的大、小齿轮应正确的安装在大、小轮主轴上并夹紧,然后启动工作循环,通过自动啮合装置,齿轮自动对齿进入到标准安装距啮合位置,此时各数控轴的坐标值如下:
A轴:因为在齿轮的任意圆周位置啮合对研齿都没有影响,所以A轴(旋转轴)不需要角度控制,只要给予一定的转速就可以了。
B轴:B=Σ。(1)
C轴:同A轴。
结构常数:K计算时应代入符号,如图一所示,B轴在小轮主轴端面上方时为正,在下方时为负。
式1、2、3、4就是我们所需要的该机床结构的数学模型,它是下一步设计工作的基础;有了这四个数学表达式,再根据我们机床的设计需要达到的加工范围,就可以计算出机床各轴的行程范围,确定机床的外形尺寸,进行机床的整体设计。
湖南中大创远数控装备有限公司的数控螺旋锥齿轮研齿机各轴行程范围:
各轴行程计算示例:
结构常数:K=460,小轮夹具:J1=80,大轮夹具:J2=140假设该机床要加工的齿轮副有下面两对:
(1)小轮参数:Z1=7,MD1=220
大轮参数:Z2=36,MD2=85偏置距:E=35,轴交角:Σ=90
计算:
结果表明,齿轮副到达正确啮合位置时,机床各轴的坐标值都在设计行程范围,可以用该机床研齿。
(2)小轮参数:Z1=9,MD1=255
大轮参数:Z2=40,MD2=104偏置距:E=30
计算:
结果表明,齿轮副到达正确啮合位置时,机床各轴的坐标值都在设计行程范围,可以用该机床研齿。
数控螺旋锥齿轮研齿机各轴的行程确定后,对于结构设计还有一个重要参数,那就是各轴零位的确定。例如:前面所提到的中大创远的研齿机X轴行程范围X:+580~+830,X轴从580到830这个范围,那应该从哪个位置算起,零在哪个位置?这个问题是所有螺旋锥齿轮加工、检测机床都要解决的问题,并且机床的零点确定以后,在加工过程中不能随意更改零点的位置,这与通用数控机床不同,很多通用数控机床的零点在加工中可以改变,而且改变更方便加工和编程。数控螺旋锥齿轮研齿机各轴零位如图二所示:
B轴:B轴所反映的是锥齿轮副的轴交角Σ,即小轮主轴与大轮主轴的夹角,因为小轮主轴可以绕一个点旋转,而大轮主轴轴线在Σ这个角度变化时,它的位置始终不变,所以大轮主轴轴线作为B轴角度的零位。
X轴:定义为大轮主轴轴线到B轴中心的距离,反映小轮安装距MD1。在X轴运动的方向,B轴中心点的位置始终保持不变,所以B轴中心作为X轴的零位。
Y轴:定义为小轮主轴轴线到大轮主轴轴线的高度,反映锥齿轮副小轮偏置距E,而Y轴的零位根据机床的具体结构可能在小轮轴线,也可能在大轮轴线,中大创远的研齿机大轮轴线在Y轴方向可以移动,零位在小轮轴线。
Z轴:定义为B轴中心到大轮主轴端面的距离,反映大、小的安装距MD2、MD1;在Z轴运动方向,大轮主轴端面的位置始终保持不变,所以Z轴的零位在大轮主轴端面。
3 结论
通过对数控螺旋锥齿轮研齿机结构的探讨,我们得出了数控螺旋锥齿轮研齿机结构的数学模型,明确了数控系统中各轴的定义及功能,确定了各轴的坐标零位。这些成果是机床进行后续设计工作的基础。
通过对数控螺旋锥齿轮加工机床(铣齿机、磨齿机、研齿机)更进一步的研究,我们发现:所有这些机床的结构,不管是立式布局还是卧式布局的;也不管B轴是和工件一起还是和刀具一起;都存在这样一个类似的数学模型。产形轮(铣齿机、磨齿机)与工件齿轮、小轮与大轮(研齿机)的正确啮合都与这个模型有很大关系。这个模型中结构常数K(回转轴B到工件轴或刀具轴端面的距离)是一个关键参数,有一个设计数值,需要在机床制造中准确测量出实际数值。在这个模型中,B轴中心必定是一根直线坐标轴的零位。
摘要：本文以湖南中大创远数控装备有限公司生产的数控螺旋锥齿轮研齿机为例,讨论了数控螺旋锥齿轮研齿机床结构设计时需要明确的问题,包括机床结构的数学模型和各数控轴零位的确定,最终推导出该机床的数学模型并把它推广到其它数控螺旋锥齿轮加工机床(铣齿机、磨齿机)。
关键词：数控螺旋锥齿轮研齿机,数学模型,中大创远
参考文献
机床齿轮 篇8
螺旋锥齿轮因传动平稳、噪声低、承载能力高而被广泛应用到各种高速重载的相交轴传动中。目前已有多种方法对它的啮合特性、加工理论等进行分析,如齿面接触分析[1,2]、齿面加载接触分析[3]、三阶接触分析[4]等,从而能保证设计出性能优越的点接触齿面。
然而,加工高质量的螺旋锥齿轮较难实现,主要是因为切齿调整计算的近似性、机床调整误差和机床本身的固有误差及热弹性变形等因素的影响[5]。随着测量技术的发展,先进精密的测量仪器和生产加工相结合日益紧密,为螺旋锥齿轮的齿面误差补偿提供了有利条件。因此,本文研究机床调整误差对螺旋锥齿轮齿面误差的影响规律,寻找齿面误差敏感点与机床敏感加工参数,从而有效地控制大轮齿面误差,为齿面误差补偿提供一定的帮助。
1 成形法加工大轮齿面理论方程的建立
1.1 大轮切齿加工坐标系的建立
准双曲面齿轮的大轮采用成形法加工,根据加工原理建立图1所示的坐标系来确定被加工大轮和刀盘的相对位置。
(1)固联于机床的固定坐标系Sm2。
该坐标系原点Om2位于机床中心,平面Xm2Om2Ym2位于机床平面内,加工过程中Sm2各坐标轴的方向始终不变。
(2)固联于刀盘的坐标系Sp2。
该坐标系原点Op2位于铣刀盘中心,平面Xp2Op2Yp2位于刀尖平面(与机床平面重合)内。成形法加工时摇台不动,故坐标系Sp2固联于固定坐标系 Sm2上。其中H2为水平刀位,V2为垂直刀位。此坐标系确定了成形法加工时刀盘在机床中的位置。
(3)固联于被加工大轮的坐标系S2。
该坐标系用来确定被加工大轮在加工机床上的安装位置,固联于坐标系Sm2,其坐标轴X2与坐标系Sm2的坐标轴Xm2成γm2角(齿坯安装角),γm2等于大轮根锥角。通常,准双曲面齿轮的大轮根锥顶点和节锥顶点并不重合,坐标系的原点O2和大轮的设计交叉点是重合的。这里,O2Om2=Xg2(轴向轮位)。
1.2 大轮齿面理论方程的建立
大轮齿面是刀具的切削面经过Denavit-Hartenberg齐次变换矩阵转换而成的。在成形法加工过程中,刀盘绕自身的轴线Zp2旋转,形成两个切削锥面,在图1所示的坐标系模型下可转换出大轮的齿面方程。下面建立大轮的齿面方程及法线方程。
(1)在坐标系Sp2中建立大轮刀具切削面(锥面)方程及其法线方程,如图2所示。
大轮刀具切削面方程为
undefined
式中,S和θ为曲面坐标值;α为刀盘齿形角,见图2。
刀具表面的单位法线矢量为
np2=[-cosαcosθ -cosαsinθ -sinα]T (2)
这里,α对于内刀(加工大轮的凸面)取正值,对于外刀(加工大轮凹面)取负值。按照这样的规定,大轮齿面法线的方向为由空间指向大轮的实体的方向;刀尖半径rc(在Xp2Op2Yp2平面内度量)如图3所示,表达式为
rc=0.5DG±0.5PW (3)
式中,DG为刀盘名义直径;PW为刀顶距;正号对应外刀(大轮凹面),负号对应内刀(大轮凸面)。
(2)在坐标系S2中,大轮刀具切削面方程为
r2(S,θ)=M2m2Mm2p2rp2 (4)
n2=L2m2Lm2p2np2 (5)
undefined
undefined
式中,L2m2、Lm2p2分别是M2m2与Mm2p2去掉最后一行和最后一列而得到的矩阵。
式(4)和式(5)是以S和θ为曲面坐标的大轮理论齿面方程和单位法矢的矢量表达式。
2 大轮齿面网格划分
由于准双曲面齿轮的齿面十分复杂,很难对齿面进行直接仿真,为此需对齿面进行离散化。根据美国螺旋锥齿轮测量的有关标准规定[6]:齿面网格的划分在齿长方向应小于齿宽的10%;在齿廓方向应小于齿宽的5%,同时必须小于或等于0.6mm。齿面节点一般是在齿长方向取9列,在齿廓方向取5行,共45个点。
如图4a所示,大轮的网格划分从小端面锥的A1点出发,向大端及根锥等步距各取9个点和5个点,即沿直线A1A2和直线A4A3上取9个点,从自然数1到9进行标号;沿直线A1A4和直线A2A3上取5个点,从自然数1到5进行标号。按顺序将直线A1A2边界上的点与直线A4A3边界上的点相连,将直线A1A4边界上的点和直线A2A3边界上的点相连,即可在齿面上形成网格,网格节点数共有45个。
这样,可以计算出每一个节点的r、z值,然后根据图4b可得undefined、z=z2,并结合式(4)与式(5)进行求解,就可以得到每个节点的齿面坐标及单位法矢量。
3 齿面误差的求解
图5为某一点的法线方向与误差齿面示意图,其中N为理论齿面上的某一点,T为误差齿面上相应的点,P为沿N点法线方向与误差齿面的交点。由于齿面是连续光滑曲面,T和N之间的距离很近,因此真实齿面和理论齿面在该点法线方向的偏差δ可近似表示为
δ≈NP (6)
根据所计算出来的理论与误差齿面各个点的坐标,可得到每个点的δ值,进而得到整个齿面的偏差曲面。
4 机床调整参数误差对齿面误差的影响规律分析
根据由某公司提供的表1、表2准双曲面齿轮几何参数及加工参数,假设垂直刀位V2、水平刀位H2、水平轮位Xg2的扰动均为+0.1mm,轮坯安装角γm2、齿形角α的扰动均为+0.005rad,我们来分析其扰动误差对齿面误差的影响。图6～图10所示为各个机床调整参数扰动误差对齿面的影响情况,以及通过三次插值而得到的差曲面图。图6～图10的k12/43表示A1A2或A4A3上的网格点序;k14/23表示A1A4或A2A3上的网格点序。
由图6可知,当调整参数水平刀位H2产生误差时,对准双曲面大轮凸面的根锥与大端附近有较大的影响;由图7可知,当调整参数垂直刀位V2产生误差时,对准双曲面大轮凸面的面锥与小端附近有较大的影响;由图8可知,当调整参数水平轮位Xg2产生误差时,对准双曲面大轮凸面的根锥与大端附近有较大的影响,而且与水平刀位H2对齿面的影响大小一致,方向相反;由图9可知,当调整参数轮坯安装角γm2产生误差时,对准双曲面大轮凸面的面锥与大端附近有较大的影响;由图10可知,当调整参数齿形角α产生误差时,对准双曲面大轮凸面的面锥与小端附近有较大的影响。
综上,在成形法加工准双曲面大轮凸面时,调整参数垂直刀位V2与齿形角α误差对齿面误差的影响敏感性是一致的;调整参数水平刀位H2与水平轮位Xg2误差对齿面误差的影响敏感性是一致的。
为了验证结论,使用美国M&M公司的Sigma7齿轮测量中心来检测螺旋锥齿轮的差曲面,其结果如图11所示,其中上下半部分分别为凹面、凸面检测结果。
从图11可知,齿面误差影响最大的地方均为齿轮的大端、小端、根锥、面锥附近,这与上述所得的结论是一致的。另外,图11与图6～图10在形式上不一致(零误差面与误差面没有相交),这是由于图11是综合了各种误差所引起的齿面误差图,而图6～图10只是考虑其中某一项误差,但是两者在变化趋势上是基本一致。因此上述所得结论是正确的。
5 结束语
本文建立成形法加工准双曲面齿轮大轮齿面的理论方程并划分了网格, 分析了不同机床调整误差对齿面误差的影响规律, 找到了齿面误差敏感点:齿面小端附近的点及面锥附近的点对垂直刀位V2与齿形角α比较敏感;齿面根锥附近的点与大端附近的点对水平刀位H2与水平轮位Xg2比较敏感。另外,在位移类机床调整参数中,垂直刀位V2误差对齿面的影响较大;在角度类机床调整参数中,轮坯安装角γm2误差对齿面的影响较大。因此在加工过程中对垂直刀位V2误差、轮坯安装角γm2误差要格外注意。
摘要：根据准双曲面大轮成形法加工原理及Denavit-Hartenberg齐次变换矩阵,建立准双曲面大轮凸面的齿面方程,并对齿面进行网格划分,推导出齿面误差的求解模型,最后根据实际加工中大轮的加工参数,仿真研究了各个调整参数扰动时的差曲面图。结果表明:垂直刀位与齿形角对齿面的面锥与小端附近的误差比较敏感;水平刀位与水平轮位对齿面的根锥与大端附近的误差比较敏感;轮坯安装角对齿面的面锥与大端附近的误差比较敏感。
关键词：机床调整误差,成形法,准双曲面齿轮,齿面误差,分析
参考文献
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