基于数控技术的延伸外摆线锥齿轮铣齿机改造

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  •     螺旋锥齿轮(即曲线齿锥齿轮)按其齿面节线形状的不同可分为圆弧齿锥齿轮、延伸外摆线锥齿轮、准渐开线锥齿轮等类型。

        某机床厂生产的H1—003延伸外摆线锥齿轮铣齿机可加工最大工件直径110 mm时,齿数5~80,模数0.3-1.5 mm的等高齿螺旋锥齿轮(延伸外摆线锥齿轮)。该机床存在明显的不足:①刚性差。虽然该机床可加工最大工件直径110 mm的齿轮,但事实上当加工的工件直径接近或达到110 mm,机床振动很大,加工出来的齿轮齿面粗糙度差,加工效率低。②加工范围窄。当齿轮齿数小于5齿时,不能加工;当齿轮齿数大于等于5齿且接近5齿时,由于机床内部的一对蜗轮蜗杆副转速很高,接近机床设计的最高警戒转速,机床磨损十分严重。连续加工这种齿轮,不到半年机床就需要大修甚至报废。③修理难。机床结构复杂,传动链长,修理用时长,且大修成本高,大修后精度明显下降。

        鉴于此,决定对一台精度下降的HI-003铣齿机进行数控化改造试验。

    1 摆线齿锥齿轮铣齿机工作原理

    1.1 铣齿机3个相关联的连续旋转运动

        铣齿机切齿加工时存在3个相关联的连续旋转运动:①铣刀盘旋转切削运动;②工件(轮坯)的旋转分齿运动;③机床摇台相对于工件的展成运动。

        由于摇台转动(即进给运动)使平面产形齿轮在铣刀盘旋转切削运动的基础上产生附加运动,这样工件的旋转分齿运动在原来运动的基础上产生相应的附加运动(差动),通过这种滚切运动形成所需要的齿形。

    1.2 铣齿机3个相关联连续旋转运动之间的关系



    图1 所示为铣齿机传动系统模式

        设Z0为铣刀盘刀齿组数;Z为被加工齿轮的齿数;ZP为冠轮齿数;Wh为摇台的角速度;Wr为冠轮的转运动(铣刀盘转动、工件转动和摇台转动)之间的关系。




    2 机床数控技术

    2.1 数控系统

        数控系统是数控机床的中枢,它接受输入装置送来的脉冲信息,进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种信息和指令,控制机床的各个部分,进行规定的有序动作。

    2.2 进给伺服系统

        在数控机床上通常按不同的要求选用反应式步进电动机、混合式步进电动机、直流伺服电动机或交流伺服电动机。

    2.3 检测元件

        检测元件的作用是检测位移和速度的实际值,并向数控装置或伺服装置发送反馈信号,从而构成闭环控制。如光电编码器、光栅尺等。

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