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1、插齒機插削加工熱穩(wěn)定性研究 羅天元 羅成 盧宇 陳曉莉 摘 要：為了提高插齒機插削時零件尺寸的穩(wěn)定性，通過對插齒機加工跟蹤研究，結合實際生產的需要，初步建立了一個誤差補償模型，針對不同環(huán)境、不同工況填入相應的補償系數即可保證加工尺寸的穩(wěn)定性。最后，通過某公司老式的高精度小模數數控插齒機為實例，對其進行了熱穩(wěn)定性測量，證明了該方法容易實施，有效可行，保證了工件尺寸的一致性穩(wěn)定性，提高了插齒機的工序能力指數，滿足了批量生產加工需求。同時，該方法對插齒機的設計制造具有重要的實踐意義。 關鍵詞：插齒機；熱穩(wěn)定性；熱補償 中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/ki.16

2、72-3198.2018.24.092 目前插齒機仍然廣泛應用于加工小孔內齒輪以及臺階齒輪，其加工通用性強，精度較高。但由于小孔內齒輪因其本身模數小，分度圓小，齒輪跨棒距要求在0～0.03mm以內，尺寸要求比較嚴格，基于用戶現場條件的限制，隨著環(huán)境溫度的不同以及切削工況不一樣，機床的熱機時間各異，有時甚至為了保證機床熱機到一個穩(wěn)定的狀態(tài)需要非常長的時間。所以，從冷機到熱機的一段時間內，工件的加工尺寸一直在變化，導致部分零件報廢，影響了零件產出。在加工過程中也需要時刻檢測零件尺寸，反復修改機床進刀參數，直到尺寸合格為止，增加了工人的勞動強度。長時間的熱機程序也導致了機床以及能源的消耗，增加成本

3、。研究插齒機熱穩(wěn)定性對指導生產具有十分重要的現實意義。 1 插齒機熱變形產生的原因 插齒機加工時是通過刀具的上下切削運動實現刀具對工件的切削，如圖1所示，插齒刀每次空行程退刀時為避免刀具和齒輪已加工表面進行摩擦，刀具有遠離工件的讓刀運動，刀具的進給是通過進給運動帶動整個刀具部件進給實現的。從圖中可以分析出，刀具與工作的相對位置與讓刀運動準確性有關，與進給運動的準確性有關，同時，工件與進給運動都在一個基體上實現，所以工件和刀具的相對位置與基體的穩(wěn)定性有關。 2 插齒機誤差補償分析模型 2.1 讓刀機構熱變形量 插齒機的讓刀運動普遍采用凸輪滾子進行讓刀，彈簧進行復位的方式。如圖2所示，由

4、于插齒機切削方式為斷續(xù)切削，切削受力變化比較大，為了保證準確的讓刀運動，凸輪與滾子必需保持嚴格接觸，因此，彈簧具有很高的彈簧剛度，從而導致凸輪和滾子受力較大，長時間的運行凸輪和滾子摩擦發(fā)熱產生熱膨脹，使刀具的軌跡發(fā)生變化，影響到零件加工尺寸。則讓刀機構熱變形量為： 2.2 基座熱變形量 插齒機的基座即支撐工件又支撐整個刀具移動部件，如圖2所示，理論設計上刀具和工件的相對位置是由進給系統(tǒng)直接決定的，但是由于基座需收集切削并排除切削，切削時會產生大量的切削熱，同時基座還承受著切削力，長時間的運行將使部分熱量傳遞到了基座上，使基座生產熱變形，改變了工件與刀具的相對位置，影響到零件加工尺寸。則基座

5、熱變形量為： 2.3 插齒機誤差求解 插齒機理論位移量S與機床的進給量X是一致的，但是受熱變形影響，S修正如下： 通過在數控系統(tǒng)里植入一個關于K的補償系數，K設定為插齒機從冷機狀態(tài)到熱穩(wěn)定狀態(tài)的時間。 2.4 變形量值的確定 由于機床所處的加工外部環(huán)境不同，零件以及對應不同的加工參數導致補償系數K設定不一樣。因此，很難在機床里預先設定K值，需要通過現場測量機床達到熱穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間來設定K值。由于機床結構部件比較多，傳動復雜，機床的整體熱變形量很難直接就表達出來，需根據機床的初始狀態(tài)與熱穩(wěn)定狀態(tài)的變化來確定變形量1、2。如圖3所示，在機床中固定兩個千分表，表一的表座吸在導軌上，用千

6、分表檢測進給值與理論值的誤差ΔX，表三的表座吸在刀頭固定部分，用千分表檢測刀具穩(wěn)定運行后的變形量1。通過表二測量加工齒輪的跨棒距M值，可以很快得出基座的變形量2。如果條件可以，1、2值可通過激光干涉儀直接測距得出。 3 實驗對比研究 以某公司生產的老式高精度小模數數控插齒機為實驗臺，通過激光干涉儀測得參數如表1、表2所示。機床在加工過程中隨著加工不斷進行，機床的熱變形比較明顯，按計算一般齒輪跨棒距變化是機床熱變形量的1.5～2倍，從表中可以看出，機床從開機到熱穩(wěn)定這一段時間內齒輪的跨棒距變化達到了0.07mm，遠遠超出了齒輪允許的變動范圍。 根據測得的變形量，將1、2值入到系統(tǒng)誤差補償中

7、，設定誤差補償系數K值為40，然后對機床進行重新驗證。 在機床的工況條件以及加工參數不變的情況下，機床從冷機狀態(tài)開始加工零件，連續(xù)加工到50分鐘為止，測量齒輪的尺寸變動誤差即跨棒距M如表3（零件跨棒距要求M=54.163（0～0.03））。 從表中可以看出，將插齒機進行誤差補償后，零件的加工尺寸穩(wěn)定性得到了很好的補償控制，尺寸都在齒輪允許的范圍內，滿足了生產的需求。防止因機床熱變形的影響導致零件報廢，同時也避免出現在開始加工過程中人為不斷測量零件尺寸，減輕勞動強度。 4 結語 針對傳統(tǒng)機床在冷、熱機狀態(tài)下零件加工尺寸不一致性問題，提出了一種熱變形補償模型，通過對機床負載運行下熱變形量的

8、測量以及從初始狀態(tài)到熱穩(wěn)定狀態(tài)的時間的確定，快速確定了機床系統(tǒng)的補償系數，避免了機床各部件以及結構熱變形的復雜計算分析，簡單有效的實現了機床熱誤差補償，保證了機床任意時刻尺寸的穩(wěn)定和一致性。 參考文獻 [1]閆占輝，于駿一.機床熱變形的研究現狀[J].吉林業(yè)大學自然科學學報，2001，31（3）：95-97. [2]王金生，鄭雪梅，汪超.減少機床熱變形方法的研究[J].機床與液壓，2006，（2）：88-90. [3]鄒濟林.機床熱變形的控制與防止[J].機床與液壓，2001，（5）：99-101. [4]杜玉玲，文西芹，劉成文.機床主軸溫度場的數字化檢測[J].新技術新工藝，2004，（7）：6-8. [5][日]伊東誼.現代機床基礎技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987. [6]陳朵耀.熱力及傳熱學[M].北京：農業(yè)出版社，1992：261-268.