■宜昌長機科技有限責(zé)任公司 （湖北 443000） 羅 成 盧 宇 姜 雨張全林 陳曉莉

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我公司經(jīng)常接到用戶要求，希望對以前出廠的插齒機進行維修并升級，恢復(fù)機床精度的同時提高機床的加工效率以及穩(wěn)定性。特別是目前國內(nèi)市場存在大量的我公司生產(chǎn)的小型數(shù)控插齒機，且使用了一定的年限，機床的各項精度有所下降，可對機床進行返廠維修改造升級，大大減輕廠家對新機床的投入，提升廠家的生產(chǎn)效率，降低物質(zhì)資源的浪費。

1.改造存在的技術(shù)問題

圖1 插齒機結(jié)構(gòu)1.工作臺 2.刀軸 3.碟簧 4.連桿5.偏心軸 6.配重塊 7.主電動機8.主運動皮帶 9.讓刀運動皮帶10.讓刀凸輪 11.導(dǎo)軌12.導(dǎo)軌壓板 13.機床墊鐵

如圖1所示，插齒機主運動利用曲柄連桿滑塊機構(gòu)原理，將主電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為刀軸的往復(fù)切削運動。主電動機通過主運動皮帶帶動曲柄軸旋轉(zhuǎn)，曲柄通過連桿帶動刀軸作上下往復(fù)切削運動，完成對齒輪毛坯的切削。其中讓刀同步帶帶動讓刀凸輪同步旋轉(zhuǎn)，特殊的讓刀凸輪與碟簧共同作用，使刀具回程時遠離工件，達到讓刀的目的。以往我公司生產(chǎn)的小型數(shù)控插齒機刀軸，最大往復(fù)切削速度為1 250次/min，用戶現(xiàn)場實際使用最大速度在800次/min左右。改造過程中很快將機床的各項精度進行恢復(fù)，在低速時齒輪加工精度達到GB/T 10095－2008中6級要求。但在現(xiàn)場將速度提升超過800次/min以后，機床的振動加劇，齒輪齒向精度超差，出現(xiàn)振紋，滿足不了用戶的要求。

2.機床高速振紋產(chǎn)生的問題分析

（1）主運動機構(gòu)：插齒機主運動原理決定了它存在著強迫與沖擊振動兩個振源，曲柄速度加快后機床就會出現(xiàn)明顯的振動，影響齒輪切削精度。

（2）讓刀機構(gòu)：插齒機讓刀運動過程伴隨每個切削過程，直接決定了刀具的切削軌跡，在高速切削時表現(xiàn)為一個強大的振源，影響齒輪切削精度。

（3）刀具斷續(xù)切削：刀具切削時產(chǎn)生沖擊力，刀具回程時不受力，高速切削產(chǎn)生一個對應(yīng)的沖擊頻率，特別是傳統(tǒng)的切削方式，在齒輪循環(huán)切削過程中，切削力大小不斷變化，使振動沖擊變得更加復(fù)雜，影響齒輪的切削精度。

3.改造方法

（1）對整機進行模態(tài)測試。如圖2所示，插齒機刀具切削速度在900～1 200次/min范圍內(nèi)有兩次出現(xiàn)共振的情況，影響齒輪的加工精度。由于機床的整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，不能做大的改動，所以解決辦法首先考慮切削速度避開共振區(qū)，用1 400～1 600次/min的速度切削。原始的設(shè)計主電動機最高速度達不到要求，改造時更換主電動機，提高主電動機的旋轉(zhuǎn)速度，最高速度達到2 000次/min。

（2）對曲柄機構(gòu)進行優(yōu)化。如圖3、圖4所示，插齒機的主運動引起的振動最明顯，進一步高速切削表明，X軸方向即連桿擺動方向的振動對齒輪的精度影響最大，而Z方向即刀軸上下往復(fù)運動方向的振動對齒輪的精度影響相對小一些。改造時針對用戶固定零件在曲柄上連桿的反方向進行配重，設(shè)計安裝配重塊，用于平衡連桿方向的擺動，消除X方向的振動。Z方向的振動因為刀軸的質(zhì)量大，高速時整機上下振動幅度大，對地基的損害比較大，同時要求機床的剛性好，所以一方面我們將機床的墊鐵改為減振墊鐵，減輕Z方向的振動，另一方面我們對機床各接觸面特別是滑動面進行精細刮研處理，如增加導(dǎo)軌本身平衡精度，要求其在0.005mm以內(nèi)，配刮導(dǎo)軌壓板要求與導(dǎo)軌無間隙，增加機床的接觸剛性。

圖2 插齒機頻響

圖3 連桿方向各工況振動量統(tǒng)計

（3）對讓刀機構(gòu)進行優(yōu)化。如圖5、圖6所示，讓刀機構(gòu)直接控制刀具切削軌跡，對齒輪的精度影響非常大。插齒機讓刀機構(gòu)采用碟簧復(fù)位，碟簧的數(shù)量比較少，彈簧的剛性大，凸輪受到的沖擊明顯。改造機床時，重新設(shè)計更換適合高速運動的凸輪，通過優(yōu)化凸輪曲線，使在高速時讓刀的擺動沒有沖擊，同時增加碟簧的數(shù)量，讓碟簧在讓刀行程內(nèi)力量變化平穩(wěn)，使讓刀運動更加準(zhǔn)確。

（4）優(yōu)化切削方式。如圖7所示，插齒機采用等切削力切削減少刀具的沖擊和磨損，提升了刀具切削時的穩(wěn)定性，提高了齒輪加工精度。

4.結(jié)語

普通插齒機的維修改造需要對機床的結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能原理非常的熟悉，每臺機床由于整體使用情況以及加工工況不一樣，需要相關(guān)的檢測設(shè)備進行整體的分析，然后進行改造，優(yōu)化設(shè)計，達到提升效率的目的，滿足用戶改造要求。

圖4 刀具方向各工況的振動量統(tǒng)計

圖5 高速時刀具讓刀軌跡

圖6 低速時刀具讓刀軌跡

圖7 切削力