李立強(qiáng) 馬 蕾 王 梅

(齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161005)

1 傳動(dòng)滾齒機(jī)滾刀架

目前，我國滾齒機(jī)滾刀架的主傳動(dòng)一般使用齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，各傳動(dòng)軸使用滾動(dòng)軸承定心。由于滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)摩擦系數(shù)和滾動(dòng)摩擦阻尼力非常小，同時(shí)成對(duì)嚙合的齒輪之間存在有齒側(cè)反向間隙，在滾齒機(jī)的滾齒加工過程中，高速滾刀在高頻斷續(xù)切削狀態(tài)下滾切齒輪工件時(shí)，由于滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)摩擦阻尼力無法克服滾刀斷續(xù)切削時(shí)產(chǎn)生的反作用力，使?jié)L刀在高速旋轉(zhuǎn)滾切齒輪時(shí)產(chǎn)生高頻振動(dòng)。其振動(dòng)頻率與滾刀的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)相關(guān)，振幅與滾切力的大小有關(guān)，滾刀再將其振動(dòng)通過主軸傳遞給主傳動(dòng)箱各軸乃至整個(gè)滾刀架，滾刀架帶動(dòng)滾齒機(jī)整體一起共振。滾刀的振動(dòng)使被加工齒輪的表面呈現(xiàn)非常明顯的波紋狀，使被加工齒輪的表面粗糙度和精度以及滾刀的工作壽命都大大降低，尤其是在被加工齒輪的模數(shù)、直徑和厚度較大時(shí)，由于滾刀的磨損非常嚴(yán)重，一把滾刀無法完成一個(gè)齒輪全部齒的加工，中途必需停機(jī)，在更換滾刀的刀片或磨刀后，滾刀才可以繼續(xù)使用，滾齒機(jī)才能繼續(xù)加工齒輪工件，由于齒輪加工過程中間隔較長，在繼續(xù)加工齒輪工件前，滾齒機(jī)還需要重新預(yù)熱至機(jī)床的熱穩(wěn)態(tài)溫度，以避免在滾齒機(jī)不同的溫度下工作時(shí)，影響齒輪工件的精度。上述過程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，滾刀的振動(dòng)問題嚴(yán)重影響了滾齒機(jī)的生產(chǎn)效率和加工精度。

通過增加主傳動(dòng)箱飛輪慣量和降低滾齒機(jī)加工參數(shù)的辦法，雖然對(duì)主傳動(dòng)箱的減振能起到一定程度的效果，但不能根本性的解決滾刀的振動(dòng)問題。首先，由于主傳動(dòng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的限制，飛輪的直徑和質(zhì)量不可能制作得非常大，否則，會(huì)使得滾刀架主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的規(guī)格和主傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪模數(shù)增大，使主傳動(dòng)箱整體變得非常龐大，使機(jī)床的成本大大增加，機(jī)床的性價(jià)比卻因此而顯著降低。其次，隨著刀具制作工藝的發(fā)展和進(jìn)步，滾刀的額定切削線速度越來越快，使傳統(tǒng)滾齒機(jī)主傳動(dòng)的振動(dòng)問題越來越突出，使用降低滾齒機(jī)加工參數(shù)的辦法將嚴(yán)重影響滾齒機(jī)的加工效率、生產(chǎn)周期和成本。

2 新型阻尼減振

為了解決上述問題，筆者公司研制了滾齒機(jī)主傳動(dòng)箱的阻尼減振結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。通過該結(jié)構(gòu)使?jié)L齒機(jī)的主傳動(dòng)鏈增加了阻尼力可調(diào)整的阻尼環(huán)節(jié)，通過該阻尼環(huán)節(jié)來克服斷續(xù)切削時(shí)滾刀的高頻振動(dòng)，達(dá)到了滾齒機(jī)滾刀架主傳動(dòng)系統(tǒng)減振的目的。該阻尼結(jié)構(gòu)的使用可以大大提高滾齒機(jī)的加工參數(shù)和生產(chǎn)效率，降低滾齒機(jī)的加工成本。

該阻尼結(jié)構(gòu)是通過對(duì)主傳動(dòng)箱的大齒圈處增加薄齒圈、壓環(huán)和碟形彈簧，其中，薄齒圈的齒數(shù)比大齒圈多一齒，并對(duì)該薄齒圈進(jìn)行負(fù)變位，大齒圈和薄齒圈同時(shí)與小齒輪嚙合傳動(dòng)，由于薄齒圈與大齒圈之間存在齒數(shù)差，因此使得大齒圈和薄齒輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差，大齒圈和薄齒輪之間產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。另一方面，在薄齒圈的外側(cè)增加了壓環(huán)和碟形彈簧，使用碟形彈簧對(duì)壓環(huán)、薄齒圈和大齒圈施加正壓力，在大齒圈和薄齒輪之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使壓環(huán)、大齒圈和薄齒圈三者之間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，該滑動(dòng)磨擦力即是阻尼減振結(jié)構(gòu)的阻尼力，通過該阻尼力平衡滾刀在斷續(xù)切削時(shí)產(chǎn)生的反作用力。經(jīng)過計(jì)算后確定碟形彈簧的規(guī)格和組數(shù)，保證阻尼力在大于滾刀斷續(xù)切削產(chǎn)生反作用力，使?jié)L刀斷續(xù)切削反作用力不能引起滾刀架的高頻振動(dòng)的同時(shí)，又使得主傳動(dòng)箱主電動(dòng)機(jī)的摩擦功率損耗的最小，滾齒機(jī)的工作效率最高，使?jié)L齒機(jī)的旋轉(zhuǎn)切削主運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)而又高效。

該阻尼結(jié)構(gòu)由壓環(huán)1、碟形彈簧2、定位套3、螺釘4、齒輪5，薄齒圈6、軟帶7、耐磨套8、大齒圈9 等組成。主傳動(dòng)箱阻尼結(jié)構(gòu)是:齒輪5 同時(shí)與大齒圈9、薄齒圈6 嚙合傳動(dòng)，薄齒圈6 的齒數(shù)比大齒圈9 的齒數(shù)多一齒，為避免薄齒圈6 與齒輪5 嚙合時(shí)干涉，將薄齒圈6 進(jìn)行負(fù)變位，薄齒圈6 的內(nèi)孔與耐磨套8 的外圓柱面為滑動(dòng)間隙配合，耐磨套8 的內(nèi)孔與大齒圈9 左側(cè)凸臺(tái)過盈配合，在薄齒圈6 的兩側(cè)粘接有軟帶7，壓環(huán)1 通過多組碟形彈簧2 被壓緊在大齒圈9 的左端面上，碟形彈簧2 的內(nèi)孔套在定位套3 的定心外圓柱面上，定位套3 的芯部裝有鎖緊用螺釘4。

阻尼力的調(diào)整過程:鎖緊螺釘4 將多個(gè)均布的定位套3 鎖緊在大齒圈9 左端面上，使定位套3 壓縮碟形彈簧2，碟形彈簧2 壓緊壓環(huán)1，壓環(huán)1 將壓緊力通過薄齒圈6 和軟帶7 作用在大齒圈9 的左端面。由于大齒圈9 的齒數(shù)比薄齒圈6 的齒數(shù)少一齒，在齒輪5與大齒圈9、薄齒圈6 同時(shí)嚙合傳動(dòng)時(shí)，在大齒圈9 和薄齒輪6 之間必然產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，碟形彈簧2 對(duì)壓環(huán)1 施加的正壓力的大小，通過調(diào)整定位套3 的長度來控制，該壓緊力使兩側(cè)粘接有軟帶7 的薄齒圈6、壓環(huán)1 和大齒圈9 之間均產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦阻尼力，通過該滑動(dòng)摩擦阻尼力來克服滾刀在斷續(xù)切削時(shí)產(chǎn)生的反作用力。通過計(jì)算相應(yīng)確定碟形彈簧2 的規(guī)格和組數(shù)，使該阻尼結(jié)構(gòu)在克服滾刀高頻振動(dòng)的同時(shí)，又保證主電動(dòng)機(jī)的功率損耗最小。

3 結(jié)語

通過研制滾齒機(jī)主傳動(dòng)的阻尼減振結(jié)構(gòu)，使?jié)L刀架主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)增加阻尼環(huán)節(jié)，通過該阻尼環(huán)產(chǎn)生的阻尼力克服了滾刀在斷續(xù)切削時(shí)產(chǎn)生的反作用力，從而消除滾刀的高頻振動(dòng)，避免了滾刀架帶動(dòng)滾齒機(jī)整體一起共振的現(xiàn)象。該阻尼減振結(jié)構(gòu)大大提高了加工齒輪工件的表面粗糙度和精度，延長了滾刀的使用壽命，有效地防止了滾齒機(jī)打刀事故的發(fā)生。