滚齿机加工误差分析
滚齿加工建模仿真及误差分析
滚齿加工建模仿真及误差分析3张金,黄筱调(南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 210009)摘要:应用包络法对齿轮加工进行仿真,通过包络曲线族获得齿轮齿廓曲线,并分析了加工过程中对齿形误差产生影响的因素。
应用Pr o/E软件对获得的曲线族进行修正,实现了齿轮三维模型的建立。
关键词:包络法;三维建模;齿廓曲线;展成法中图分类号:TH132.41 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2009)04-0068-03 机械行业中,齿轮机构是应用最为广泛的传动机构,自从其产生以来,发挥着不可替代的作用。
齿轮本身的制造精度对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。
齿轮加工方法很多,以展成法(也叫范成法)和仿形法(也叫成形法)为主。
展成法是根据啮合原理来实现齿轮的成形,仿形。
这两种方法在齿轮加工精度、效率及成本方面各有优势,根据现场的情况进行合理的配制,可以实现更大的效益。
从20世纪60年代以来,高效滚齿加工一直是应用展成法进行齿轮加工中最主要也是效率较高的一种方法,同时也是兼容性非常好的方法,可加工链轮、蜗轮和花键轴等,还可加工圆弧、摆线等齿形[1]。
文中主要介绍滚齿加工对齿轮成形的影响。
1 滚齿加工过程及误差来源在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿轮,其原理相当于一对螺旋齿轮作无侧隙强制性的啮合。
一般滚齿加工传动如图1所示。
图1 滚齿加工机床典型传动示意图通过分析加工过程得出引起齿轮误差的因素,可以分为两类:(1)静态误差。
静态误差指机床、工件、刀具及夹具在某一瞬时的相对位置下,按照啮合关系进行加工所得到的齿轮与理论齿轮之间的误差。
包括:滚刀安装垂直进给导轨与工作台轴线的平行度误差,滚刀安装轴线与垂直进给导轨的平行度误差,滚刀的轴向齿距误差、齿形误差及前刃面非径向性和非轴向性误差,滚刀的轴向和径向圆跳动,齿坯几何偏心和安装偏心,分度蜗杆和分度蜗轮齿距误差及与工作台回转轴线同轴度误差。
(2)动态误差。
插齿滚齿剃齿的误差分析
★★★★★插齿★★★★★插齿误差产生原因及消除方法见表01
表01 插齿时产生误差的原因与消除方法
（续表01）
★★★★★滚齿★★★★★滚齿误差产生原因及消除方法见表02
表02 滚齿误差产生原因及消除方法
（续表02）
★★★★★剃齿★★★★★剃齿轮齿接触的偏差及其修正方法见表03
表03 轮齿接触的偏差及其修正方法
剃齿误差产生原因及其消除方法见表04
表04 剃齿误差产生原因及其消除方法
（续表04）
磨齿
典型磨齿机的磨齿误差和纠正方法如下：
1) 蜗杆砂轮磨齿机(YE7272—AZA)：齿形误差（见表30）和齿向误差（表31）。
表30 齿形误差
表31 齿向误差
2)锥面砂轮磨齿机（Y7163、ZSTZ630C2）见表32
表32 锥面砂轮磨齿机的缺陷项目、原因及纠正措施
3)大平面砂轮磨齿机见表33
表33 大平面砂轮磨齿机的缺陷项目
4)蝶形砂轮磨齿机(Y7032A、SD32X、HSS30BC) 表34
表34 蝶形砂轮磨齿机的缺陷项目
锥齿轮加工误差分析
表35 误差原因及消除。
关于齿轮滚齿误差产生的种类及原因分析
角左 右 对称 ，检 测 出的 齿形 图如 图： ｛ 叶 的ｌ 、２ ．【 Ｊ ｊ １ 是 刀 刃ｕ的
图２
压 力 角 存在 误 差 ；如 果 左 右不 对 称 ．检 洲 出 的齿 形 图 像 ｌ 冬 ｊ ： ｛ 中 的 １ 、２ ，但 齿形 的方 向 是 平 行 的 ．９ １ Ｉ Ｊ 是 刀 县 刀 口的 压 力 角干 ¨ 机Ｉ 术
其 检 测 出的 齿 形 图 的 形状 也 不 同 若 是 ｌ 刳ｓ ＿ 中的 齿 形 ｝ ｌ ｌ ｌ 线 变 成
ｓ 形 ，则 是加 工 中 刀具和 工 件装 夹 部存在 误差
２ ． ２形误 差 产 生的 原 因
图２ 中１ 、２ 主 要是 刀具 的压 力角 偏差 较 大
如果 刀具 的压 力
３ ４ ；
Ｉ 恤
２ Ｏ １ ６ 年・ 第１ ２ 期
在 齿轮 制造工 艺 中．保证齿
轮 齿 部 精 度 的 方 法 有 挤 齿 、 滚
齿 、剃 齿 、磨 齿 、珩 齿 、 研齿 等。一般 小模数 齿轮 只能通过滚 齿 的方 法达 到齿 轮精 度要求 在 滚齿过 程 中，由于存在 刀具 、机
刀刃在切削工件时有时有 多切 、有
时有 少 切 ．导 致 实 际 齿 形 从 齿 根到
齿顶一段 低于标准渐开线 ．一段 高 于标 准渐 开线 （ 见图 ３ 中３ ）。
技 术 创 新
图５ 主 要 是 工件 孔 中心 与 工作 台 刚转 中心 不 重合 ，可 通过 齿 形 图 、跳 动 和 双 啮 合 检 测 出 。压 力 角偏 大 的 位 置 是 双啮 合和 齿 跳 的 高 点 、压 力 角偏 小 的 位 置是 双 啮 合 和 齿 跳 的 低 点 ；且 双 啮 合 和齿 跳 的 高 、低 点 误 差 大 （ 垂 直 中心 线 的 上 下位 置 齿 形 ），
齿轮加工误差分析及提高加工质量方法
齿轮加工误差分析及提高加工质量方法摘要：齿轮在加工过程中，机床本身精度误差，工件与工装装夹误差，齿坯的加工误差，滚刀的制造和安装误差，齿坯的找正误差等因素都会影响齿轮的加工精度，造成齿轮的加工误差。
关键词：齿轮加工误差分析提高加工质量1 引言在机械行业的发展过程中，齿轮产品对机械的传动起到举足轻重的作用。
但是齿轮在加工过程中，机床本身精度误差，工件与工装装夹误差，齿坯的加工误差，滚刀的制造和安装误差，齿坯的找正误差等因素都会影响齿轮的加工精度，造成齿轮的加工误差。
本文就讨论齿轮误差产生的原因，并且如何来提高齿轮的加工精度。
2 齿轮加工方法及原理用齿轮滚刀加工齿轮，其传动原理与一对齿轮的啮合原理相同，而滚刀可以看成是一个齿数无穷多的螺旋齿轮。
切削运动是滚刀的转动，分齿运动是随着滚刀的转动，齿坯也要相应转动，滚刀转动中刀齿在轴向移动一个齿距，齿坯也相应地转过相应的齿距，这个运动是滚齿加工最重要的运动。
3 齿轮加工误差的成因分析3．1 机床本身精度：包括工作台上、下顶尖径向跳动；两顶尖间不同轴；工作台分度误差。
3．2 工件与工装装夹误差：包括工件基准孔与夹具心轴之间误差；夹具心轴本身的径向跳动；工件端面与基准孔轴线的跳动误差；胎具中心与工作台回转中心不重合等。
3．3 基准端面定位不好，夹紧后内孔相对工作台回转中心产生偏心。
3．4 调整夹具时，心轴和机床工作台回转中心不重合。
3．5 齿坯基准孔与心轴间有间隙，装夹时偏向一边。
此外，造成齿轮加工误差的其他因素还有机床立柱导轨误差、进给丝杠的周期性误差、热变形误差、切削过程中的振动等等。
4 提高齿轮加工质量的方法4．1 提高滚齿加工精度滚齿是一种常用的齿轮加工方法，在精度很高的滚齿机上，采用精密滚刀。
在普通级滚齿机上，用普通精度滚刀，只能加工出8级精度轮齿。
滚齿如何提高加工精度，可以从以下几方面来完成：(1)保证齿轮的中心与机床的回转中心重合，减少齿圈径向跳动误差；(2)提高滚齿机工作台蜗轮副回转精度，尽量减少传动链引起的分度不均匀，减少公法线长度误差；(3)调整机床、刀架的垂直进给方向与零件轴线的偏移量，使上尾座顶尖中心与工作台回转中心保持一致，提高差动挂轮计算精度；(4)滚齿时要控制留磨量，余量不能过大，否则磨齿后齿轮的表面渗碳硬度层会被磨掉，造成硬度下降，降低齿轮的接触疲劳强度。
滚齿机加工原理及误差分析
滚齿机：主要用滚刀按展成法加工圆柱齿轮，蜗轮，链轮等齿面的齿轮加工机床。
滚齿机校正机构常见种类：行星式，复式偏心式，凸轮摆杆式，附加回转工作台式等。
决于齿轮机床的精度、刚度、刀具和齿轮毛坯的质量及其安装精度。
所以针对滚齿机工作台误差的滚齿机主要用滚刀按展成法加工圆柱齿轮、蜗轮、链轮等齿面的齿轮加工技术，在机械加工中占有重要地位。
因为在齿轮加工中出现了分度蜗轮的周节累计误差和周期误差，而齿轮加工精度取来源这一问题，本文使用滚齿机行星摆杆机构对其进行校正，用以减少分度蜗轮的周节累计误差和周期误差，使加工出来的齿轮达到满足加工精度的要求。
国内采用的滚齿机校正构，在机床制造行业中, 一开始制造精密机床, 由于各厂的设备条件差, 在滚齿机上不能加工精度较高的蜗轮, 分度精度满足不了产品的要求。
因而, 各厂先后在各型滚齿机上采用了各种类型的校正机构, 大都取得了不同程度的效果, 制出了精密分度蜗轮。
当时, 着重引进国外现成为结构, 近几年来, 无论在结构型式上, 或在简化结构, 或校正效果等方面均有较快的发展。
我国共采用了行星式、复式偏心式、凸轮摆杆式、和附加回转工作台式等多种类型的校正机构。
RS2 型滚齿机校正机构，只能能校正分度蜗轮副的周期误差。
但结构不够紧凑，校正机构在机床的外边，需要另置地基，并将机床的罩壳也换掉。
5355M型滚齿机校正机构也属于行星式，但没有周期误差校正凸轮, 机构是封闭的。
其结构复杂, 构件将近85 种, 使用不方便, 需将机床的双蜗杆传动改成单蜗杆传动, 此时, 必需拆除一根蜗杆。
由于校正机构安装位置不够妥当，使得一部分齿轮外露。
这种结构不太适用于大型滚齿机。
FO-10滚齿机行星式校正机构，该机构有一定的简化, 它省去了四根摆杆和一根长套筒, 结构就比较紧凑一些。
它装在机床分度挂轮箱处, 不需另置地基, 但其构件的种数仍然较多, 达45种, 放大比为0.182毫米每秒。
这种机构的轮廓尺寸较大。
滚齿机加工误差分析
制造 精度 安装 精度 直槽滚刀非 轴向性误差
滚刀齿形 角误差
滚刀轴向 齿距误差
机床蜗杆 副齿距误 差过大 调整 精度 工作台 水平 刀对中 不好 刃磨时 产生导 程误差
滚刀和刀 轴间隙大
滚刀分度圆柱 对内孔轴心线 径向圆跳动误 差
滚刀端面与 孔轴线不垂 直 刀杆径向圆 跳动太大
滚刀和刀轴 间隙大 顶尖 立柱 导轨 制造 精度
滚刀轴向 齿距误差
垫圈两端 面不平行 前面刃磨产生 较大的前角
滚刀容屑槽 槽距误差
安装 精度
滚刀齿形 角误差
滚刀径 向圆跳 动量大
滚刀未 紧而产 生振动 分度蜗轮精 度过低
滚齿加工 误差原因
顶尖 定位
工作台圆形 导轨磨损
中心孔 滚刀磨 损 工作台 蜗杆副 有间隙 滚刀轴 向窜动 分度蜗轮与 工作太圆形 导轨不同轴 调整 技术 夹具定位 面精度 表面粗糙 度差 进给丝杠 有间隙 滚刀轴 径向圆 跳动大 刀架导轨 与刀架间 有间隙 齿坯 偏心 顶尖
提高齿坯基 准面精度
齿距累积 误差超差
数控滚齿机精度恢复措施
数控滚齿机精度恢复措施一、问题描述：根据现场操作人员反映在加工产品时滚齿机主要存在以下两点问题：1、加工齿轮齿距累计误差超差。
2、加工齿轮公法线长度超差。
二、出现问题主要相关原因及相应措施：1、加工齿轮齿距累计误差超差。
（1）工作台分度蜗轮副磨损。
平磨蜗杆调整垫，重新调配间隙。
（2）滚刀刀杆、主轴轴向有窜动及径向跳动较大。
主轴轴向窜动措施：将千分表压到主轴前端，用铜棒轻敲主轴后端，查看主轴窜动量，然后根据窜动量平磨调整垫，调整主轴与铜瓦的配合。
刀杆、主轴径跳超差处理措施：对于此类问题先从刀杆着手，将刀杆拆下，安装到摆差仪上检查其径跳，如超出0.01mm，跟换新刀杆。
如没有超差，检查刀杆与主轴配合处（莫氏5号锥孔）。
如有明显的损伤处或配合不紧，此处分两步：①用外圆磨床重新修磨莫氏5号的锥柄，如无法修磨，购买新刀杆②此前先准备一个莫氏5号的锥柄，用内控磨床修磨主轴莫氏5号的锥孔，此时注意：在内控磨床装夹主轴时，必须用四爪夹盘夹紧，用俩块千分表在主轴上大约90度位置找俩点，将主轴找正，然后调整磨床角度进行磨削。
修磨完后用事先准备的锥柄涂红丹粉检查，如有问题，继续修磨。
修磨完后安装，用千分表检测刀杆，如问题还在，则需刮研与主轴配合的铜瓦进行校正。
2、加工齿轮公法线长度超差。
（1）分度蜗杆副咬合间隙过大或安装不当造成运转偏心。
措施：间隙过大前面已提到，运转偏心可用管钳手动旋转，如有明显的“硬点”，需将蜗杆拆下，重新安装。
（2）工作台锥形导轨副及下压板磨损，造成工作台与工作台滑鞍之间配合间隙过大，工作台在转动过程中漂移、定心不稳。
措施：遇到此类问题，在拆卸工作台前不要动固定工作台的螺栓，在工作台基准面压一千分表，用龙门架将工作台轻轻吊起，查看千分表，记下变动量。
再将工作台拆下根据先前记下的变动量平磨下压板，并且查看锥形导轨副及平面副的磨损情况，如有明显偏磨现象，则需重新刮研。
（3）滚刀架与立柱导轨的配合间隙过大，镶条与压板磨损后，使滚刀在进给时的运动精度超差。
滚齿机的加工误差分析与修正
滚齿机的加工误差分析与修正引言滚齿机是一种用于生产齿轮的重要工具，其精度对于齿轮的质量和性能起着至关重要的作用。
然而，由于各种因素的影响，滚齿机在实际加工过程中可能存在一定的误差。
本文将对滚齿机的加工误差进行分析，并介绍一些常见的修正措施，旨在帮助读者更好地理解和解决滚齿机加工误差的问题。
一、滚齿机加工误差的来源在滚齿机的加工过程中，存在许多可能引起加工误差的因素。
以下列举了一些常见的误差来源：1. 设备误差：滚齿机自身的结构、精度以及磨合程度会对加工精度产生影响。
2. 切削条件误差：包括切削速度、进给速度、工具刃磨质量等方面的误差。
3. 材料误差：齿轮所选用的材料、材料的硬度等也会对加工精度产生一定的影响。
4. 操作误差：操作人员的技术水平和经验程度也会对加工误差产生影响。
二、滚齿机加工误差的种类与影响滚齿机加工误差主要体现在以下几个方面：1. 齿形误差：用于刻画齿轮齿形曲线与理论齿形曲线之间的差异。
2. 齿距误差：指齿轮齿距与理论齿距之间的差异。
3. 轴向误差：表示齿轮齿高或齿距轴线与轴线的垂直度误差。
4. 转动误差：表示齿轮齿面转动中心与理论转动中心之间的差异。
这些加工误差在一定程度上会影响齿轮的传动性能和寿命，因此非常值得我们关注和解决。
三、滚齿机加工误差的修正措施为了确保滚齿机加工出的齿轮达到要求的精度，我们可以采取以下一些修正措施：1. 设备维护：定期检查和维护滚齿机的机械部件，保证其正常工作状态和精度。
2. 切削条件调整：优化切削参数，如切削速度、进给速度等，以减小加工误差。
3. 工具选择与刃磨：选择合适的切削刀具，并定期对刀具进行质量检查和刃磨操作，确保刀具的几何精度和尺寸精度。
4. 材料选择：选择适当的齿轮材料，材料的硬度、耐磨性等特性应符合实际使用要求。
5. 操作培训：加强操作人员的培训和技术指导，提高其对滚齿机操作技术和知识的掌握程度。
这些修正措施可以辅助我们降低滚齿机加工误差，提高齿轮的加工质量和性能。
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提高齿坯基 准面精度
齿距累积 误差超差
滚刀和刀轴 间隙大 顶尖 立柱 导轨 制造 精度
滚刀轴向 齿距误差
垫圈两端 面不平行 前面刃磨产生 较大的前角
滚刀容屑槽 槽距误差
安装 精度
滚刀齿形 角误差
滚刀径 向圆跳 动量大
滚刀未 紧而产 生振动 分度蜗轮精 度过低
滚齿加工 误差原因
顶尖 定位
工作台圆形 导轨磨损
中心孔 滚刀磨 损 工作台 蜗杆副 有间隙 滚刀轴 向窜动 分度蜗轮与 工作太圆形 导轨不同轴 调整 技术 夹具定位 面精度 表面粗糙 度差 进给丝杠 有间隙 滚刀轴 径向圆 跳动大 刀架导轨 与刀架间 有间隙 齿坯 偏心 顶尖
滚齿机加工误差分析
齿向误 差超差
齿形误 差超差
制造 精度 安装 精度 直槽滚刀非 轴向性误差
滚刀齿形 角误差
滚刀轴向 齿距误差
机床蜗杆 副齿距误 差过大 调整 精度 工作台 水平 刀对中 不好 刃磨时 产生导 度圆柱 对内孔轴心线 径向圆跳动误 差
滚刀端面与 孔轴线不垂 直 刀杆径向圆 跳动太大