CN104439553A - 基于偏心齿轮修正的高精度滚齿机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于偏心齿轮修正的高精度滚齿机，包括分度蜗轮（14）、刀具（15）、进给挂轮组、差动挂轮组和分齿挂轮组，分齿挂轮组包括凸轮（11）、摆杆（12）和放大比调整齿轮，凸轮（11）不和凸轮轴（5）连接，而是通过同步齿轮组和凸轮轴（5）联接，同步齿轮组使凸轮（11）和分度蜗轮（14）具有相同的转速。本发明采用平衡分布式接触结构，在负载回路采用多组触点，将热源分散，避免热源集中，有效降低温升。在提高滚齿机精度的同时，还保持滚切齿轮的功能。

Description

基于偏心齿轮修正的高精度滚齿机

技术领域

本发明涉及一种基于凸轮修正精度的滚齿机，特别是涉及一种滚齿机的凸轮传动结构。

背景技术

以重庆理工大学特聘教授、国家科技进步一等奖获得者和子康和国家发明专利金奖获得者彭东林教授为首的团队，经过多年不懈的努力、完善和提高，所研制的FMT系统（全微机化传动误差分析系统）配合高精度光栅就能对各种传动链进行精密测量和谐波分析，他们利用偏心齿轮和凸轮机构抵消了滚齿机中锥齿轮误差、分度蜗杆误差和分度蜗轮的误差，成功地将多台普通级滚齿机精化成高精度蜗轮母机，并且加工出三级精度的蜗杆副。具体修正方法详见《基于误差传递理论和误差修正技术的高精度蜗轮母机研制》（《机械工程学报》第47卷第9期）。

现有技术能快速低成本地把普通滚齿机精化成高精度蜗轮母机，在我国高精度蜗轮母机已停产多年且暂无生产厂家，国家又急需的情况下无疑是个难得的好技术。但是在提升滚齿机精度的同时，令滚齿机失去了滚切齿轮的功能。这是该技术的最大不足。这是当时精化滚齿机的唯一目的就是加工高精度蜗轮，因此对失去滚齿功能未予关注所致。

现有技术失去滚切齿轮功能的原因可以从附图一中看出：

附图一为Y3180H滚齿机精化后的传动原理示意图。只有当凸轮的转速与分度蜗轮同步时，才能利用凸轮机构来消除蜗轮的误差。现有技术为了让凸轮与分度蜗轮同步，改变了（轴向）走刀挂轮a”b”等齿轮的齿数，这样一来，虽然解决了同步问题，却令（轴向）走刀量大于9.4。显然如此大的走刀量不可能用于加工齿轮但却可以加工蜗轮，因为加工蜗轮时通常采用径向进给而不需要轴向走刀。

高精度滚齿机中的锥齿轮多数是经磨齿和研齿加工的三级精度齿轮；而国产普通级滚齿机中的锥齿轮则由于淬火后仅经跑合便装配使用，其精度与三级相去甚远，是滚齿机中传动误差的主要来源，不同品牌的滚齿机其传动误差均不相同。但它们均有四大误差：分度蜗轮误差、锥齿轮误差、刀杆误差和分度蜗杆误差。通常在大传动比时测量，分度副的误差往往是主要部分，锥齿轮误差次之；而在小传动比时测量，刀杆误差和锥齿轮误差都有可能成为最大的误差，但目前对滚齿的精度修正并没有重视刀杆误差，通常刀杆的安装误差值控制在两丝以内。由于刀杆误差未能消除，因此前述滚齿机的传动精度尚未达到最高水平，而且由于刀杆误差的存在，每换一种传动比都要换一个新的凸轮，而换凸轮都需要动用FMT系统与精密光栅配合。

人们通常认为滚齿都是粗加工，其后尚有珩、磨等工序。实际上现有国产普通级滚齿机的精度保持性差，使用一段时间后精度快速下降，所切齿轮淬火后的精度低至十级甚至更低；（自由）珩不可能消除齿距累积误差，要提高齿轮运动精度只能靠磨齿。磨齿工序由于磨前齿距累积误差大、磨削余量大而增大砂轮消耗与工时延长、成本上升的缺点在单件、小批量生产时不易显现或者可以容忍；但在大批量生产时，有的单位就不得不耗巨资引进强迫珩齿机或高精度滚齿机。除此之外，国产普通级滚齿机多数采用ZN（法向直廓）型或ZK（锥面包络）型圆柱蜗杆副作为分度副，其工作转速较国外的ZI（渐开线）型圆柱蜗杆副低，因此，滚齿机的生产效率也较低。ZN、ZK和ZI型因其母线均为直线，因此通称直纹圆柱蜗杆副。与曲纹ZC型圆柱蜗杆副相比，直纹圆柱蜗杆副存在承载能力低、精度保持性差及传动效率低等不足之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对普通滚齿机精化成高精度蜗轮母机后不能加工齿轮的问题，提供了一种具有滚齿功能的精细化滚齿机。

本发明的技术方案是：

一种基于偏心齿轮修正的高精度滚齿机，包括分度蜗轮、刀具、进给挂轮组、差动挂轮组和分齿挂轮组，分齿挂轮组包括凸轮、摆杆和放大比调整齿轮，其特征在于：凸轮不和凸轮轴连接，而是通过同步齿轮组和凸轮轴联接，同步齿轮组使凸轮和分度蜗轮具有相同的转速。

同步齿轮组包括四个齿轮，其中一号齿轮和凸轮同轴连接，并空套在凸轮轴上，二号齿轮和一号齿轮啮合并和四号齿轮同轴安装，四号齿轮和三号齿轮啮合，三号齿轮安装在凸轮轴上。

刀具通过刀杆和齿轮同轴安装，刀杆与齿轮之间的轴线同心度误差小于1微米。

分度蜗轮所在的蜗杆结构为ZC型圆柱蜗杆副。

本发明的有益效果：

1．保持或恢复滚切齿轮的功能。在精化滚齿机时，在选择适合精切齿轮的走刀量后，通过在凸轮轴上增加二对或多对齿轮（参阅附图二），令凸轮与分度蜗轮同步；从而实现了在提高滚齿机精度的同时，还保持滚切齿轮的功能。

2．消除了刀杆误差。对于刀杆误差，我们在十多年前精化单螺杆压缩机专用机床时就已发现。后来花费了大量的时间分析、研究和反复试验与测试后才知道这种误差产生的原因是：理论上，刀杆的回转中心与同轴的蜗轮（或齿轮）的回转中心应该是同心的，而实际装配时却产生了偏心，正是这个偏心产生了刀杆误差，亦称刀杆频率误差。将偏心控制在微米级范围内即可消除刀杆误差。由于单螺杆专用机床的传动比小于二，刀杆误差在整链中占有近一半的份额 ，刀杆误差消除后专机的整链精度也因此提高了大约一倍。消除刀杆误差的方法不仅在精化单螺杆专机中得到了证明，在用于精化滚齿机时也同样是成功的。

3．用曲纹ZC型圆柱蜗杆副作为分度副，用凸轮机构及同步齿轮修正其分度蜗轮的误差，使滚齿机具有高效率、高精度（含精度稳定性与保持性）、长寿命和滚切硬齿面齿轮的能力。曲纹ZC型圆柱蜗杆副的承载能力比直纹的高50~100%，能在重载高速下长期稳定的工作，且有传动效率高的优点。在我国已有约50年的使用历史，是世界公认的重载圆柱蜗杆副。国内相关生产厂家目前能生产六级精度的ZC型圆柱蜗杆副。这种蜗杆副除了精度低以外，是滚齿机分度副的理想选择：既能提高生产效率，又能提高滚齿机的精度保持性；既能用双导程的方式减小分度副的间隙，也能用增设阻尼机构的方式消除分度副的间隙。从而使滚齿机具有滚切硬齿面齿轮的能力。ZC型圆柱蜗杆副与凸轮机构及同步齿轮是一种绝佳的组合。

附图说明：

图1为Y3180H滚齿机精化后的传动原理示意图。

图2为采用本发明对滚齿机进行精化的传动原理示意图。

具体实施方式：

如图，本实施例是对采用偏心齿轮和凸轮机构抵消了滚齿机中锥齿轮误差、分度蜗杆误差和分度蜗轮误差后精细化的高精度蜗轮母机的结构改进，如图1，分度蜗轮14的分度蜗杆端部和分齿挂轮组（图中的a、b、c、d、e、f六个齿轮）联接，分齿挂轮组上端和差动挂轮组（图中的a’、b’、c’、d’四个齿轮）联接，分齿挂轮组右端通过差动包13联接锥形齿轮组（锥形齿轮组中各个锥形齿轮之间均采用1：1传动），锥形齿轮组末端联接齿轮17，齿轮17上同轴安装刀杆16，刀杆16上安装刀具15。分度蜗轮14的蜗杆左段安装有蜗轮联接进给挂轮组（图中的a”、b”、c”、d”、e”、f”六个齿轮），进给挂轮组通过蜗杆副6联接差动挂轮组。

按照《基于误差传递理论和误差修正技术的高精度蜗轮母机研制》（《机械工程学报》第47卷第9期）对上述滚齿机进行修正：

经过FMT系统（全微机化传动误差分析系统）配合高精度光栅对各传动链进行精密测量和谐波分析后，对锥齿轮轮环节修正，将差动包13的前级齿轮e增加一个偏心量；对分度蜗杆环节修正，将分齿挂轮组中直接与蜗杆末端连接的齿轮d替换成一个偏心齿轮；对分度蜗轮环节修正，将差动挂轮组中的齿轮a’替换成凸轮11，齿轮b’替换为摆杆12，若按照《基于误差传递理论和误差修正技术的高精度蜗轮母机研制》中的方法，需要调整进给挂轮组中的齿轮使凸轮11和分度蜗轮14同步转动，但这样为令（轴向）走刀量大于9.4，无法加工齿轮，因此本发明不调整进给挂轮组，而是同过在凸轮11的凸轮轴5上安装同步齿轮组来使凸轮11和分度蜗轮14同步转动。将凸轮11空套在凸轮轴上，同步齿轮组包括四个齿轮，其中一号齿轮1和凸轮11同轴连接，并空套在凸轮轴5上，二号齿轮2和一号齿轮1啮合并和四号齿轮4同轴安装，四号齿轮4和三号齿轮3啮合，三号齿轮3安装在凸轮轴5上，凸轮轴5通过蜗杆副6联接差动挂轮组。这样就可以不改变差动挂轮组而使凸轮11的转速和分度蜗轮14相同。

消除刀杆误差：刀刀杆16的和齿轮17的装备进行检测，使刀杆16和齿轮17的轴线重合误差不超过1微米。

采用无差动法加工斜齿轮，采用正常方法加工直齿轮与蜗轮。

Claims (4)

1.一种基于偏心齿轮修正的高精度滚齿机，包括分度蜗轮（14）、刀具（15）、进给挂轮组、差动挂轮组和分齿挂轮组，分齿挂轮组包括凸轮（11）、摆杆（12）和放大比调整齿轮，其特征在于：凸轮（11）不和凸轮轴（5）连接，而是通过同步齿轮组和凸轮轴（5）联接，同步齿轮组使凸轮（11）和分度蜗轮（14）具有相同的转速。

2.根据权利要求1所述基于偏心齿轮修正的高精度滚齿机,其特征在于：同步齿轮组包括四个齿轮，其中一号齿轮（1）和凸轮（11）同轴连接，并空套在凸轮轴（5）上，二号齿轮（2）和一号齿轮（1）啮合并和四号齿轮（4）同轴安装，四号齿轮（4）和三号齿轮（3）啮合，三号齿轮（3）安装在凸轮轴（5）上。

3.根据权利要求1所述基于偏心齿轮修正的高精度滚齿机,其特征在于：刀具（15）通过刀杆（16）和齿轮（17）同轴安装，刀杆（16）与齿轮（17）之间的轴线同心度误差小于1微米。

4.根据权利要求1所述基于偏心齿轮修正的高精度滚齿机,其特征在于：分度蜗轮（14）所在的蜗杆结构为ZC型圆柱蜗杆副。