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。

为了适应机床的结构特点, 5327 型滚齿机校正机构采取了另一种形式，这种机构的最大特点是, 分度挂轮可以方便地更换, 使用起来很方便。

可以加工圆柱齿轮、斜齿轮、蜗轮等, 被加工齿数不受限制。

其机构原理仍是行星式的, 因而放大系数仍比较小，0.186 毫米每秒。

除了减少了4件齿轮之外, 其他的结构并未简化, 为了安装方便, 将分度蜗杆传动改制成两段, 不仅增加了两根长轴, 而且使校正周期误差麻烦了, 安装校正机构时, 必须使轴和轴的旋转轴心被同心, 否则会有增大机床周期误差的可能。

FO-6滚齿机校正机构, 它直接装置在蜗杆的尾端, 省去了一个较大的零件, 不占用分度挂轮箱的过大空间, 也不需要另置地基, 更换机床外罩等。

其布局特点是在空间有限的情况下, 将分度挂轮作成凹形, 在凹穴的空间布置机构的其他零件。

此机构可以校正滚齿机分度蜗轮的两齿面的周节累积误差和单面的周期误差。

被加工齿数受到一定的限制。

它也属于行星式。

可以看出, 我国所
采用的滚齿机校正机构, 以行星式为最普通, 在结构原理上也基本上相同, 但也是在逐步发展的, 在使用行星式校正机构的同时, 我国并设计和制造了复式偏心式校正机构，在齿轮尺寸相同的情况下, 这种机构的放大比, 要比行星式的大得多, 由于放大系数大, 在校正原始精度比较高的滚齿机时, 可以取得较好的效果, 因为此时校正凸轮的升程还是比较大的, 摆杆的校正动作也比较大。

这种形式的校正机构, 还在不断改进, 结构就简化了, 轮廓尺寸也大大地减小。

其缺点是制造工艺要求较高, 机构要求灵活, 不然会影响校正效果。

在设计时要注意不能使机构自锁。

凸轮摆杆式校正机构是我国应用得较迟的, 但结构是最简单的一种, 很实用, 校正效果比校好。

但是, 只能校正分度蜗轮的周节累积误差。

滚齿机采用摆杆式校正机构获得的校正效果好于附加回转工作台式的校正机构, 在国内应用不广, 这种校正机构适用于小型滚齿机。

工件的齿数可以不受限制。

但机构本身结构比较复杂, 安装不方便, 不宜用于中、大型滚齿机。

国内滚齿机的运动精度校正目前尚限于一米以下的中型机床, 大型滚齿机的校正很少, 而校正效果也不很理想, 大型滚齿机的校正具有极为重要的意义。

主要的几种国外滚齿机校正的水平，可使滚齿机加工精度提高, 如果毛坯、刀具本身的制造和安装精度在规定范围内, 校正后的滚齿机可以加工出精密蜗轮。

这说明机械式校正有广的前途, 它具有成本低, 使用方便, 效果显著等特点。

据了解上述使
用效果较好的校正机构的校正凸轮, 由于生产任务紧等原因, 没有进行反复修正, 所取得的结果并不是校正的最佳效果,国外(英国和德国) 也先后采用了滚齿机自动校正措施, 其效果并不比机械式校正机构高很多, 而成本却很高, 当然也有它的优点, 从结构的复杂程度来分析, 我国近年来在结构方面有了一些发展, 较以前简化了, 构件的种数也大大减少。

同时也可看出凸轮摆杆式校正机构在桔构上的优点。

据德阿享工业大学R o lf P ie ke n b rin k 介绍在分度蜗轮为 4 米的大型滚齿机上, 采用偏心齿轮将蜗杆所引起的周期误差消除了, 而剩下的是由其他传动元件所引起的周期误差, 比较起来, 我国校正水平较之世界水平还差有一定的距离需要反复研究和修正凸轮, 不断改善校正机构的结构, 将滚齿机传动精度仪直接用于生产, 与校正机构的研究配合起来, 各国所采用的结构除了大凸轮式校正机构等以蜗杆移动作为补偿运动形式的少数几种我国未采用外, 其他也大都采用过, 尤以行星式采用最广泛。

对于一米以上的大型滚齿机的校正我们还很缺乏研究和使用, 这是我们与国外的最大差别。

国内所采用的各种校正机构, 均获得一定的效果, 行星式的桔构比较复杂, 校正机构的放大系数以复式偏心式为最大, 摆杆式使用方便结构筒单, 凸轮修正方便, 易于推广。

结构的布局以装在分度蜗杆传动轴尾端为最好。

国内校正机构的效果接近国外先进水平, 但在周期误差校正方面还有差距，对于大型滚齿机的校正机构, 国内还缺乏进一步的研究。

滚齿误差产生原因及消除方法
滚齿误差产生原因消除方法一，齿圈径向圆跳动超差 1)齿坯几何偏心和安装偏心2）用顶尖装夹定位时，顶尖与机床中心偏心
消除方法 1)提高齿坯基准面精度；提高夹具定位面精度；提高调整水平
2)更换或重新装调顶尖
二，公法线长度变动超差 1)机床分度蜗杆副制造及安装误差造成运功偏心
2)机床工作台定心锥形导轨副间隙过大造成工作台运动中心线不稳定
3)滚刀主轴系统轴向圆跳动过大或平面轴承咬坏
消除方法 1)提高分度蜗杆副的制造精度和安装精度 2)提高工作台锥形导轨副的配合精度 3)提高滚刀主轴系统轴向精度，更换咬坏的平面轴
三，齿距偏差超差 1）滚刀的轴向和径向圆跳动过大2)分度蜗杆和分度蜗轮齿距误差 3)齿坯安装偏心
消除方法 1)提高滚刀的安装精度 2)修复或更换分度蜗杆副 3)消除齿坯安装误差
四，基节超差 1)滚刀的轴向齿距误差，齿行误差及前刃面非径向性和非轴向性误差 2）分度蜗杆副的齿距误差 3)齿坯的安装几何偏心 4)刀架回转角度不正确
消除方法 1)提高滚刀铲磨精度和刃磨精度 2)修复或更换分度蜗杆副 3)消除几问偏心 4)调整角度
齿顶部变肥，左右齿廓对称滚刀铲磨时齿形角度小或刃磨产生较大的正前角，使齿形角变小更换滚刀或重磨齿形角及前刃面
齿顶部变瘦，左右齿廓对称滚刀铲磨时齿形角变大或刃磨时产生较大的负前角，使形角变大更换滚刀或重磨齿形角及前刀面
齿形不对称滚刀安装对中不好，刀架回转角误差大，滚刀前刀面有导程误差保证滚刀安装精度，提高滚刀刃磨精度，控制前刀面导程误差，微调滚刀回转角
齿面出棱滚刀制造或刃磨时容屑槽等分误差重磨滚刀达到等分要求
齿性周期性误差滚刀安装后，径向或端圆跳动大，机床工作台回转不均匀，分齿交换齿轮安装偏心或齿面有磕碰，刀架滑板松动，齿坯装夹不合理，产生振动控制滚刀的安装精度，检查，调整分度蜗杆副传动精度，重新调整分齿交换齿轮、滑板和齿坯
五，齿向误差超差 1)垂直进给导轨与工作台轴线平
行度误差或歪斜上、下顶针不同轴，卜下顶针轴线与工作台回转轴线同轴度差 2)夹具和齿坯的制造、安装、调整精度低 3)分齿、差动交换齿轮误差大 4)齿坯或夹具刚性差，夹紧后变形消除方法 1)根据误差原因，加以消除 2)提高夹具、齿坯的制造和调整精度 3)重新计算分齿及差动交换齿轮，修正误差 4)改进齿还或夹具设计，正确夹紧
六，撕裂 1)齿坯材质不均匀 2)齿坯热处理方法不当3)滚刀用钝，不锋利 4)切削用量选择不当，冷却不良
消除方法 1)控制齿坯材料质量 2)建议采用正火处理：45钢、40cr钢、18CrMnTi 3)滚刀移位或更换新刀 4)正确选用切削用量，选用润滑性能良好的切削液，充分冷却
七，啃齿 1)刀架立柱导轨太松或太紧 2)油压不稳定3)刀架斜齿轮啮合间隙大
消除方法 1)调整立柱导轨塞铁松紧 2)保持油路畅通，油压稳定 3)刀架斜齿轮若磨损，应更换之
八，振纹 1)机床内部某传动环节的间隙过大 2)工件与刀具的装夹刚性不够 3)切削用量选用过大 4)后托架安装后，间隙大
消除方法 1)修理或调整机床 2)提高波刀装夹刚性，缩小支承间距离，加大轴径；提高工件刚性，尽量加大支承面 3)正确选用切削用量 4)正确安装后托架
九，鱼鳞
1)工件材料硬度过高 2)滚刀磨钝 3)冷却润滑不良
齿轮加工精度及校正的效果：齿轮的加工精度是由滚齿机的分度传动链的精度所决定的。

由于传动元件不可避免地存在制造误差和安装误差, 这些误差形成相对转角误差造成被加工齿轮的运动误差和平稳性误差。

长周期误差( 低频误差) 主要由传动链的蜗轮副产生。

因此, 在机床现有精度的条件下要提高被加工齿轮的运动精度, 就必须降低蜗轮副的累积误差, 为此在传动链中迭加上了一幅值与蜗轮副累积误差相等、相位相反的同频误差, 由叠加原理, 其对被加工齿轮的影响则被抵消了, 这可利用机床的差动机构来实现。

产生补偿误差值的凸轮装在差动挂轮主轴上, 搭配一定的走刀挂轮和差动挂轮, 使其与工作台同步。

短周期误差的降低短周期误差主要由中间齿轮、分度挂轮定、传动比齿轮、滚刀轴及蜗轮齿频等误差叠加引起, 加工齿数不同, 分度挂轮与传递运动的速比亦不同, 因此其大小随加工齿数, 各齿轮的相位而变, 影响因素极其复杂。

进行了测试, 校正后的长周期误差曲线, 即滤去了高频误差信号。

经过校正, 累积误差由原来的2 2分, 降低到9分,减少了77 . 5 % 。

校正后传动链的短周期误差值从14分 ~ 22分降低到7分 ~ 12分。

与补偿前比较, 短周期误差降低了45 .5 % 。

周节累积误差：滚齿机中分度蜗轮蜗杆、多组挂轮和多对
轴承是保证滚刀和工件之间正常啮合、滚切出正常齿轮的重要零件。

齿距累积误差是测量齿距、反应齿轮传递运动准确性的重要指标。

由于分度蜗轮的运动偏心和几何偏心将引起齿距累积误差，这种误差影响机床的传动精度、及被加工齿轮在分度圆上的分布情况。

周节累积误差产生的原因有，第一：分度蜗轮的运动偏心对周节累积误差的影响；分度蜗轮由于本身的制造误差或在工作时严重的磨损使蜗轮的每个齿相对于蜗轮中心分布不均匀，即轮齿错位比理论上转过的角度要出现一个偏差，因此其他各齿的位置也会发生错移，如蜗轮有Z个齿轮，当转过N个齿时成为正的最大转角误差，当转过M个齿时引起最大负转角误差。

第二:分度蜗轮于圆工作台组件的几何偏心对周节累积误差的影响。

这种偏心将造成蜗轮的几何中心与工作台得旋转中心不重合，两者产生偏心距产生周节累积误差，周节累积误差是按正弦规律变化的。

大周期误差因素分析：
滚齿时以工件一转为周期的周期误差因素有几何偏心、运动偏心、工作台晃动等。

( 1 ) 几何偏心: 滚齿安装工件时, 当作为装配基准的齿轮孔心线与工作台旋转中心不重合, 即形成所甫几何偏心。

当存在几何偏心时, 即使在滚切时, 相对于工作台旋转中心, 切出齿廓的位置完全正确。

但相对于齿轮孔心线来说, 齿廓位置就有误差。

滚齿时工作台旋转中心相对于孔心的偏心, 可看成一个向量,
它在齿轮上有一固定的方向。

这种情况, 相当于一个正确的齿轮沿此方向移动了一个偏心量, 这时齿廓相对于前者对应齿廓的位置误差即几何偏心造成的齿廓误差。

我们是用齿轮转角的函数来者达齿廓改差的, 因此当研究齿输不同蒋角时的齿廓误差时, 可将儿何偏心看作一个旋转向量, 然后计算它在不同转角时对齿廓的影响, 几何偏心的影响包括径向和切向二种误差成份,二者均系简谐变量, 变化周期同于齿轮一周, 径向误差的影响小于切向误差的影响。

( 2 ) 传动偏心或机动偏心: 系滚齿机工作台相对于滚刀轴回转的不均匀误差中以工作台一转为周期的简谐误差部分。

它会造成齿坯相对于滚刀纯粹圆周上的切线位移误差, 因此, 传动偏心造成的
误差系纯切向误差。

其变化规律对普通精度的切齿机来说, 亦系简谐变量。

一个简谐变量相当于一个旋转向量在误差计量轴上的投影, 同样, 切向改差也就相当于一个传动偏心旋转向量在轴上的投影。