脈沖當(dāng)量鼓形齒輪如圖1 所示, 常用于高速傳動和機動車輛轉(zhuǎn)向的齒輪離合器中, 其主要特點是齒輪的齒向呈圓弧曲線型。并且兩端部齒厚需修型減薄, 以利于齒輪在使用中順利地進入嚙合位置。受現(xiàn)行制造能力的制約,此類變位齒無法在普通滾齒機上實施加工。應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過對滾齒機進行改造, 可以圓滿解決上述零件的數(shù)控加工。
1 鼓形齒輪的數(shù)控加工原理
加工鼓形齒輪, 應(yīng)使機床具有下列運動。
1) 滾刀的旋轉(zhuǎn)運動和工件的旋轉(zhuǎn)運動。這2個旋轉(zhuǎn)運動應(yīng)聯(lián)動, 且按滾刀1 轉(zhuǎn)、工件1 齒的運動關(guān)系來實現(xiàn)展成加工。
2) 沿工件的軸向運動和沿工件徑向的進給運動。工件軸向、徑向2 個進給運動應(yīng)聯(lián)動, 方可實現(xiàn)鼓形齒輪圓弧狀齒向的加工要求。
選用Y3150E 滾齒機進行上述數(shù)控改造。JBK- 30M 經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)具有任意兩坐標(biāo)聯(lián)動和三坐標(biāo)聯(lián)動的加工功能。使用一臺步進電動機聯(lián)接控制沿工件軸向位移的垂直絲杠; 使用另一臺步進電動機聯(lián)接控制工件徑向進給的水平絲杠。當(dāng)運行圓弧指令時, 就可通過步進電動機, 控制刀具和工件同時作沿工件軸向和徑向進給運動的聯(lián)動運行, 從而實現(xiàn)加工所需的圓弧齒向軌跡。
而Y3150E 滾齒機已具備工件與刀具旋轉(zhuǎn)聯(lián)動的展成運動, 因此滿足了該特殊齒向齒輪加工的運動所需。
當(dāng)進行數(shù)控加工時, 用原機床傳動系統(tǒng)控制刀具和工件做各自旋轉(zhuǎn)并且聯(lián)動的展成運動, 來實現(xiàn)工件漸開線齒形的加工以及分齒運動; 與此同時, 數(shù)控系統(tǒng)控制刀具的垂直位移和工件的水平位移, 刀具圓心以半徑R = R 1 ( 工件) + R2 ( 刀具) 為運行圓弧指令, 進行該特殊齒向齒輪的數(shù)控加工的運行。
2 齒端齒厚修型的數(shù)控加工
由數(shù)控加工原理可知, 在數(shù)控加工中圓弧指令控制( 旋轉(zhuǎn)的) 刀具和( 轉(zhuǎn)動的) 工件進行聯(lián)動進給運行, 從而復(fù)合出圓弧軌跡, 達到實現(xiàn)控制鼓形齒輪圓弧齒向的加工。但由圖1 所示可知; , 為有利于鼓形齒輪在工作過程中與齒輪的順利嚙合, 圓弧齒向的兩端部齒厚應(yīng)均勻減薄, 其齒厚最大減薄量為△S ( 圖例中△S= 0. 2 mm) 。從實際應(yīng)用的角度出發(fā), 齒厚減薄段的軌跡曲線也應(yīng)呈圓弧型。
齒厚減薄, 說明該截面處的分度圓減小。當(dāng)加工中使齒輪滾刀切入齒輪工件的深度加大時, 可滿足上述要求。而齒厚部分在定齒寬上均勻減薄, 則要求滾刀切入工件的深度也呈均勻變化, 即此段呈現(xiàn)為圓弧曲線形的變位齒輪變化; 當(dāng)改變此段曲線的圓弧半徑r 和圓心坐標(biāo)時, 如圖2 所示,就可實現(xiàn)圓弧型齒向部份齒厚呈圓弧狀的均勻減薄。且該圓弧半徑r 在B 點處與工件齒向圓弧R 162 相切( 見圖1 與圖2) 。
2. 1 圓弧半徑r 的計算
點起刀具開始空運行圓弧軌跡, 當(dāng)運行到A點時,滾刀開始切入工件, 當(dāng)運行AB 段圓弧軌跡時, 使得圓弧狀齒向的齒厚均勻地由薄變厚, 達到B 點時, 齒輪齒厚達到標(biāo)準(zhǔn)齒厚; 而從B 點起, 則運行以O 點為圓心, 以圓弧R 為半徑運行工作段圓弧軌跡B C+ CB ( 圖2 所示為一半, 見圖1) , 最后以圓弧r為半徑, 圓心為O2 進行齒輪另一端齒厚均勻減薄的加工運行。
由于O1 點在OB 線上, 所以, 兩運行圓弧在B點相切, 說明當(dāng)齒厚均勻地增厚到標(biāo)準(zhǔn)齒厚后不再變化, 齒厚軌跡為相切圓滑過渡而無拐點, 即為齒面上無過渡棱線, 由此實現(xiàn)了鼓形齒輪圓弧齒向的特殊加工要求。
此加工方式的優(yōu)點還在于: 由于滾刀兩側(cè)刃同時切削工件, 所以齒厚兩側(cè)減薄的對稱性較高, 而且在齒厚均勻變化的過程中始終保持這種良好的對稱性。因此, 零件的加工制造精度高于圖紙中技術(shù)要求, 同時又減少了常規(guī)加工時齒厚減薄修型的工序,能收到事半功倍的效果。
需要特別指出: 此加工方式的另一顯著特點是,如果在鼓形齒輪的兩端處再增加R 3~ R5 的圓弧運行, 可以實現(xiàn)齒輪加工的倒角工序; 并且在進行齒輪加工的倒角時, 將齒輪加工的毛刺全部排除在齒輪下端面處, 極大地有利于齒輪毛刺的清除; 在提高加工質(zhì)量的同時, 達到了減少工序、提高加工效率的效果。
3 加工參數(shù)的轉(zhuǎn)換計算
滾齒加工中, 沿工件軸向即垂直絲杠的運行速度是與滾刀與工件的轉(zhuǎn)速密切相關(guān)的。Y3150E 滾齒機中, 此方向工件軸向進給速度vx 的范圍在0. 4~ 4 mm/ r 內(nèi)。而在數(shù)控加工中, 加工指令的軸向進給速度FX 的單位是mm/ min。所以數(shù)控滾齒加工軸向進給速度FX 的換算為:
FX = ( n/ z ) vx ( mm/ min) ( 4)式中: n 為滾刀轉(zhuǎn)數(shù)( r/ min) ; z 為工件齒數(shù);在數(shù)控加工中. 其運行軌跡是按插補原理進行的。由圓弧插補原理可知: 計算機控制2 臺步進電動機按其插補方式來進行位移軌跡的運行, 且任意瞬間僅有一臺步進電動機被控運行, 另一臺無運行。因此可知: 圓弧指令中運行長度是其兩分解運動的位移長度之和; 其運行速度在任意瞬間是單臺步進電動機的速度, 或者為兩運行方向的平均速度( Fx , Fz ) 之和。因為兩方向運行長度是在同一時間t 內(nèi)開始和完成的, 所以有:
L x= Fx t= ( nvx / z ) t, L z = Fz t , Fx= ( L x+ L z ) / t
因為: t= L x / Fx = L x z / nvx
式中:
Lx , L z—-圓弧軌跡X 向、Z 向分解的位移長度;
Fx , Fz —-圓弧軌跡X 向、Z 向分解的運行速度。
在數(shù)控加工中,由于滾刀半徑也在運行軌跡的參數(shù)中,所以圓弧軌跡以R= R2 ( 刀具) + R1( 工件) 為半徑運行, LX , L Z 值的長度如圖3 所示。
公 式( 5) 中選擇
數(shù)控滾齒加工的圓弧軌跡運行速度, 其軸向進給速度FX 與原機床軸向進給速度VX 等值, 是采用類比法轉(zhuǎn)換得到的。那么如果在VX 或 V X 值的一段范圍內(nèi)來變動運行速度, 則可彌補原滾齒機兩軸向進給速度間的空檔速度, 而使得數(shù)控加工中實際的軸向進給速度可以任意變換, 從而使得齒面上的表面粗糙度較常規(guī)加工更為理想, 并可根據(jù)具體情況選擇其加工的經(jīng)濟精度, 來提高生產(chǎn)率和降低成本。
同理, 在鼓形齒輪的數(shù)控精滾加工中, 不改變滾刀的轉(zhuǎn)速, 只變換程序加工中軸向進給的運行速度,就可以提高齒輪加工的表面粗糙度, 滿足和達到齒輪的精度要求。
4 脈沖當(dāng)量的選擇
在滾齒加工中, 受展成運動的限制, 工件的旋轉(zhuǎn)速度較低, 而沿工件軸向的進給速度則更低, 如若在數(shù)控加工中加大軸向的進給速度, 勢必使得齒面的表面粗糙度和齒面的精度降低。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)常規(guī)的脈沖當(dāng)量不能滿足此加工要求。脈沖當(dāng)量是數(shù)控加工中控制位移的最小單位。
一般經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)取值, X 向: 0. 005 mm; Z 向: 0. 01 mm。在等速等長軌跡的運行時, 脈沖當(dāng)量越大, 脈沖頻率越低, 即單位時間內(nèi)脈沖數(shù)越少, 運行速度越低; 反之相反。為實現(xiàn)滾齒加工中軸向進給速度低的需要, 因此在數(shù)控改造中選擇確定的脈沖當(dāng)量就應(yīng)該減小。由此可知: 實現(xiàn)數(shù)控高精度加工和低速運行的措施是必須減小數(shù)控系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。徑向進給也同此。
此數(shù)控改造中選用的脈沖當(dāng)量為, X 向( 工件軸向即垂直絲杠) : 0. 000 1 mm, Z 向( 工件徑向即水平絲杠) : 0. 000 2 mm。兩方向脈沖當(dāng)量的比值i= 0. 001/ 0. 002, 與選用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)原脈沖當(dāng)量的比值i= 0. 005/ 0. 01 等值, 即將脈沖當(dāng)量減小了i= 0. 01/ 0. 0002= 50 倍。如此在符合經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)控軟件約定的前提下, 實現(xiàn)了編程的簡化。與原數(shù)控系統(tǒng)的不同之處在于, 在編程時必須使位移長度和運行速度增大i= 0. 01/ 0. 0002= 50 倍, 方可實現(xiàn)原位移長度。
在實際加工中, 雖然常規(guī)滾齒機的絲杠無法實現(xiàn)如此精確的運動位移, 但由于減慢了進給速度, 使得加工運行的連續(xù)性顯著提高。再則, 脈沖當(dāng)量的減小, 使得步進電動機的輸出力矩增大了相同的倍數(shù), 更有利于加工控制的穩(wěn)定性。上述變化均使加工中各向運動的運行更為平穩(wěn), 加工效果更為提高。
按上述方法選擇確定脈沖當(dāng)量的不足之處在于, 第1 是數(shù)控系統(tǒng)單條指令中允許的最大運行長度需要相應(yīng)減小相同的倍數(shù), 指令中的運行速度也應(yīng)該比原運行速度增大相同倍數(shù), 編程計算略顯麻煩; 第2 是數(shù)控系統(tǒng)圓弧指令中允許的最大圓弧半徑為l0 m, 脈沖當(dāng)量的改變使其半徑許用值減小相同的倍數(shù), 圓弧半徑許用值R 僅為200 mm。由于Y3150E 滾齒機允許加工的工件最大直徑是500mm, 所以改造后不能滿足零件弧面半徑超出此范圍的加工要求。對于弧面半徑超出此范圍的零件加工, 則需要減小傳動比, 增大圓弧半徑許用值, 重新進行滾齒機的改造。
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
