论文部分内容阅读
[摘 要]大型数控滚齿机主要的作用就是生产齿轮，这些齿轮主要应用在航空、船舶、风力发电、大型运输车辆以及其它的工程机械当中，由于这些行业对齿轮的精度以及尺寸要求非常高，并且齿轮加工的成本较高、风险比较大，这就对大型数控滚齿机的使用性能以及加工齿轮的质量提出了更高的要求。大型数控滚齿机是一种结构非常复杂的设备，零部件非常多，从而影响齿轮加工精度和质量的因素也非常多，一旦出现加工误差，将会产生重大的损失。基于此，本文笔者将以型号为P1600/2000的大型数控滚齿机为例，阐述加工过程中出现的误差以及相应的补偿措施，希望可以为相关领域的研究提供一些借鉴和帮助。
[关键词]大型数控滚齿机 加工误差 热误差 补偿探究
中图分类号：G742 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0281-01
随着社会经济的快速发展和现代化社会发展进程的不断推进，社会各行各业机械化的水平都在不断提高，而机械化水平的提高又提高了社会生产力，促进我国高速发展。齿轮作为工业生产当中重要的基础零部件，在工业生产中发挥着重要地 作用，目前齿轮工业已经发展成为中国机械基础件中规模最大的行业。生产齿轮的机械为大型数控滚齿机，由于工业生产对齿轮的精度和质量提出了较高的要求，从而对大型数控滚齿机的加工精度也提出了更高的要求。由于大型数控滚齿机结构比较复杂，并且在长期的生产和运转中难免会出现加工误差，从而对齿轮的精度造成一些不利的影响，使齿轮加工的风险提高，产生了一定的经济损失。在这种情况下，研究大型数控滚齿机常见的加工误差，并针对这些常见的误差提出相应的补偿措施具有十分重要的现实意义。
一、 大型数控滚齿机简介
随着全球制造装备业的高速发展，全世界生产大型设备的企业对齿轮的需求量不断增加，并且对齿轮的质量和精确度提出了更高的要求，相应的就带动了齿轮生产机械大型数控滚齿机的发展，对于大型数控滚齿机的生产能力较强的国家为美国和德国，而过去我国的大型数控滚齿机主要依赖进口，为了打破这种局面，我国将大型数控滚齿机的研发工作纳入到科学体系当中，取得了非常傲人的成绩，我国对大型数控滚齿机的制造水平大大提高，目前可以自主生产大型数控滚齿机，其使用性能大大提高，更好的满足了用户的要求[1]。
我国加强对大型数控滚齿机的研发以及相关课题的考虑具有重要的现实意义，有利于提高我国工业生产发展的水平，打破西方国家在这一工业上的垄断地位，在国际竞争中获得更多的主动权，提高竞争力，在全球经济一体化的经济发展形势下获得更好的发展[2]。
影响大型数控滚齿机加工精度的原因有很多，主要包括滚齿机的滚削力、振动以及热变形，其中热变形是主要的一种，本文主要对热变形进行深入的探讨。滚齿的加工就是用滚到和工件的端面倾斜成一定的角度，然后加工成各种形状的齿轮，滚齿的加工主要包括以下几种运动类型：主运动为滚削运动、分齿运动、垂直进给运动等[3]。想要减少这种因素对加工精度的影响，在机床进行加工时，需要尽量的提高滚刀转动的速度，采用的深度为小滚切深度，并且需要分刀次进行切削，这样就可以有效的降低滚削力，从而减小滚刀和工件主轴变形的情况，这样就可以是齿轮加工的误差减小，提高齿轮加工的精确度，降低产品的废品率，提高生产加工的经济效益。滚削力振动也是影响加工精度的主要因素，并且可以对机床的使用寿命也会造成严重不利的影响。针对这种情况，需要从机床的结构入手，对局部结构进行优化，增加抗振型设计，以减轻机床的震颤问题，提高加工的质量[4]。
二、 大型数控滚齿机热误差分析和补偿
（一） 热量的来源分析
为了更好的研究大型数控滚齿机出现的热误差，首先需要我们弄清楚这些热量的来源，总结起来，这些热量的来源主要有四个方面：1.电机产生的热量。大型数控滚齿机在运行的过程中，各轴电机所做的功都会转化为热量，而这些热量有些会散发到空气中，而有些这会存在于机床零部件当中，从而导致机床的内部温度变高，产生热误差。2.机床导轨、轴承等部位运动件和承导件之间相互摩擦产生的热量。另外，轴承和油封之间的摩擦也会产生大量的热量。3.机床工作台下面有一对双蜗轮蜗杆副的回转装置，而这一装置在工作的过程中由于相互摩擦就会产生大量的热量，这些热量是造成工作台出现热变形的主要原因。4.在机床当中受热最多的部位就是切削点附近的滚刀主轴、工件主轴等，而这里也是热变形最为严重的地方[5]。
为了更全面的掌握机床在工作的状态下各个位置的温度辩护，需要在机床的主要受热部位布置一些温度传感器，利用相关的变量构建热误差模型，从而分析影响齿轮加工精度的因素，制定相对应的补偿方案。
（二） 针对热误差的补偿方法
机床在工作的过程中出现热误差是影响齿轮加工精度的重要因素，而采取机床热误差补偿技术是消除机床热变形、提高加工精度的重要手段。它需要采用各种检测手段，通过直接和间接的方式对机床的热误差进行测量，然后根据计算出的补偿值实施补偿，但是很多补偿系统结构的开放性都不足，难以很好的实现对机床的实时补偿[6]。
本文对热误差采取的补偿方法为差动螺旋补偿结构，如图1所示。该结构是一种热误差硬补偿结构，属于国家的专利发明，其工作原理如下：在控制系统接受到指令，系统控制的伺服电机就会驱动滚珠丝杠螺母以实现机床的进给运动，这时候电机的直联型减速器和蜗轮蜗杆共同组成的热误差补偿系统就会随着机床的运动而一起运动，这时候蜗轮蜗杆是处于自锁状态的。另外，当机床热变形的信息通过直接或者是间接的方式利用所建立的模型得出所需要补偿的误差时，补偿系统的伺服就会控制蜗杆从而实现四杆螺母的转动，最终推动机床立柱进行移动，这样就可以实现对机床热误差的实时补偿，这时候处于制动状态的为丝杆。通过实验研究，该补偿装置据具有很大的优越性，不仅传动比较平稳高效、补偿的精度高、噪声较小，并且成本也比较低，不会对齿轮加工的效率产生影响，可以在实际的工作中进行广泛的推广和应用，以提高齿轮加工的质量，减少报废率[7]。
结语：
总而言之，对于齿轮生产来说，加强对大型数控滚齿机加工误差的研究具有重要的现实意义，有利于提高齿轮的精度和质量，更好的为工业生产服务，提高齿轮生产的经济效益。因此，有关技术人员需要提高对加工误差补偿方法研究的重视程度，针对一些常见得加工误差给予相应的补偿，只有这样才能保证齿轮加工的精确度，降低齿轮加工的风险，提高齿轮加工的经济效益，促进齿轮加工行业更快更好的发展。
参考文献
[1] 杨勇，王时龙，田志峰等.大型数控滚齿机立柱动力学仿真分析[J].中国机械工程，2013，（11）：1473-1479.
[2] 王时龙，杨勇，周杰等.大型数控滚齿机热误差补偿建模[J].中南大学学报（自然科学版），2011，（10）：3066-3072.
[3] 杨勇，王时龙，周杰等.基于自动编程系统的大型滚齿机热误差补偿[J].计算机集成制造系统，2013，（3）：569-576.
[4] 许渊.RFC16大型数控滚齿机电气系统的研究设计[J].机床电器，2010，（5）：8-9.
[5] 贾文明.膜片反馈式节流器在大型数控滚齿机上的应用[J].流体传动与控制，2014，（3）：50-52.
[6] 姚培根，孟天宇，吳一等.大型旋转工作台主轴静压轴承的注胶成型工艺浅析[J].中国设备工程，2014，（9）：41-42.
[关键词]大型数控滚齿机 加工误差 热误差 补偿探究
中图分类号：G742 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0281-01
随着社会经济的快速发展和现代化社会发展进程的不断推进，社会各行各业机械化的水平都在不断提高，而机械化水平的提高又提高了社会生产力，促进我国高速发展。齿轮作为工业生产当中重要的基础零部件，在工业生产中发挥着重要地 作用，目前齿轮工业已经发展成为中国机械基础件中规模最大的行业。生产齿轮的机械为大型数控滚齿机，由于工业生产对齿轮的精度和质量提出了较高的要求，从而对大型数控滚齿机的加工精度也提出了更高的要求。由于大型数控滚齿机结构比较复杂，并且在长期的生产和运转中难免会出现加工误差，从而对齿轮的精度造成一些不利的影响，使齿轮加工的风险提高，产生了一定的经济损失。在这种情况下，研究大型数控滚齿机常见的加工误差，并针对这些常见的误差提出相应的补偿措施具有十分重要的现实意义。
一、 大型数控滚齿机简介
随着全球制造装备业的高速发展，全世界生产大型设备的企业对齿轮的需求量不断增加，并且对齿轮的质量和精确度提出了更高的要求，相应的就带动了齿轮生产机械大型数控滚齿机的发展，对于大型数控滚齿机的生产能力较强的国家为美国和德国，而过去我国的大型数控滚齿机主要依赖进口，为了打破这种局面，我国将大型数控滚齿机的研发工作纳入到科学体系当中，取得了非常傲人的成绩，我国对大型数控滚齿机的制造水平大大提高，目前可以自主生产大型数控滚齿机，其使用性能大大提高，更好的满足了用户的要求[1]。
我国加强对大型数控滚齿机的研发以及相关课题的考虑具有重要的现实意义，有利于提高我国工业生产发展的水平，打破西方国家在这一工业上的垄断地位，在国际竞争中获得更多的主动权，提高竞争力，在全球经济一体化的经济发展形势下获得更好的发展[2]。
影响大型数控滚齿机加工精度的原因有很多，主要包括滚齿机的滚削力、振动以及热变形，其中热变形是主要的一种，本文主要对热变形进行深入的探讨。滚齿的加工就是用滚到和工件的端面倾斜成一定的角度，然后加工成各种形状的齿轮，滚齿的加工主要包括以下几种运动类型：主运动为滚削运动、分齿运动、垂直进给运动等[3]。想要减少这种因素对加工精度的影响，在机床进行加工时，需要尽量的提高滚刀转动的速度，采用的深度为小滚切深度，并且需要分刀次进行切削，这样就可以有效的降低滚削力，从而减小滚刀和工件主轴变形的情况，这样就可以是齿轮加工的误差减小，提高齿轮加工的精确度，降低产品的废品率，提高生产加工的经济效益。滚削力振动也是影响加工精度的主要因素，并且可以对机床的使用寿命也会造成严重不利的影响。针对这种情况，需要从机床的结构入手，对局部结构进行优化，增加抗振型设计，以减轻机床的震颤问题，提高加工的质量[4]。
二、 大型数控滚齿机热误差分析和补偿
（一） 热量的来源分析
为了更好的研究大型数控滚齿机出现的热误差，首先需要我们弄清楚这些热量的来源，总结起来，这些热量的来源主要有四个方面：1.电机产生的热量。大型数控滚齿机在运行的过程中，各轴电机所做的功都会转化为热量，而这些热量有些会散发到空气中，而有些这会存在于机床零部件当中，从而导致机床的内部温度变高，产生热误差。2.机床导轨、轴承等部位运动件和承导件之间相互摩擦产生的热量。另外，轴承和油封之间的摩擦也会产生大量的热量。3.机床工作台下面有一对双蜗轮蜗杆副的回转装置，而这一装置在工作的过程中由于相互摩擦就会产生大量的热量，这些热量是造成工作台出现热变形的主要原因。4.在机床当中受热最多的部位就是切削点附近的滚刀主轴、工件主轴等，而这里也是热变形最为严重的地方[5]。
为了更全面的掌握机床在工作的状态下各个位置的温度辩护，需要在机床的主要受热部位布置一些温度传感器，利用相关的变量构建热误差模型，从而分析影响齿轮加工精度的因素，制定相对应的补偿方案。
（二） 针对热误差的补偿方法
机床在工作的过程中出现热误差是影响齿轮加工精度的重要因素，而采取机床热误差补偿技术是消除机床热变形、提高加工精度的重要手段。它需要采用各种检测手段，通过直接和间接的方式对机床的热误差进行测量，然后根据计算出的补偿值实施补偿，但是很多补偿系统结构的开放性都不足，难以很好的实现对机床的实时补偿[6]。
本文对热误差采取的补偿方法为差动螺旋补偿结构，如图1所示。该结构是一种热误差硬补偿结构，属于国家的专利发明，其工作原理如下：在控制系统接受到指令，系统控制的伺服电机就会驱动滚珠丝杠螺母以实现机床的进给运动，这时候电机的直联型减速器和蜗轮蜗杆共同组成的热误差补偿系统就会随着机床的运动而一起运动，这时候蜗轮蜗杆是处于自锁状态的。另外，当机床热变形的信息通过直接或者是间接的方式利用所建立的模型得出所需要补偿的误差时，补偿系统的伺服就会控制蜗杆从而实现四杆螺母的转动，最终推动机床立柱进行移动，这样就可以实现对机床热误差的实时补偿，这时候处于制动状态的为丝杆。通过实验研究，该补偿装置据具有很大的优越性，不仅传动比较平稳高效、补偿的精度高、噪声较小，并且成本也比较低，不会对齿轮加工的效率产生影响，可以在实际的工作中进行广泛的推广和应用，以提高齿轮加工的质量，减少报废率[7]。
结语：
总而言之，对于齿轮生产来说，加强对大型数控滚齿机加工误差的研究具有重要的现实意义，有利于提高齿轮的精度和质量，更好的为工业生产服务，提高齿轮生产的经济效益。因此，有关技术人员需要提高对加工误差补偿方法研究的重视程度，针对一些常见得加工误差给予相应的补偿，只有这样才能保证齿轮加工的精确度，降低齿轮加工的风险，提高齿轮加工的经济效益，促进齿轮加工行业更快更好的发展。
参考文献
[1] 杨勇，王时龙，田志峰等.大型数控滚齿机立柱动力学仿真分析[J].中国机械工程，2013，（11）：1473-1479.
[2] 王时龙，杨勇，周杰等.大型数控滚齿机热误差补偿建模[J].中南大学学报（自然科学版），2011，（10）：3066-3072.
[3] 杨勇，王时龙，周杰等.基于自动编程系统的大型滚齿机热误差补偿[J].计算机集成制造系统，2013，（3）：569-576.
[4] 许渊.RFC16大型数控滚齿机电气系统的研究设计[J].机床电器，2010，（5）：8-9.
[5] 贾文明.膜片反馈式节流器在大型数控滚齿机上的应用[J].流体传动与控制，2014，（3）：50-52.
[6] 姚培根，孟天宇，吳一等.大型旋转工作台主轴静压轴承的注胶成型工艺浅析[J].中国设备工程，2014，（9）：41-42.