零傳動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)通過取消傳統(tǒng)滾齒機(jī)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與滾刀主軸以及電機(jī)與工作臺(tái)的直聯(lián), 大大縮短了傳動(dòng)鏈, 減少了傳動(dòng)元件的制造誤差以及間隙和裝配誤差對(duì)于齒輪加工的影響, 它不僅可以大幅度提高機(jī)床的加工精度和加工速度, 同時(shí), 由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單, 在設(shè)計(jì)時(shí)更有利于提高機(jī)床的剛性, 完全解決機(jī)械傳動(dòng)鏈中存在的磨損問題, 進(jìn)而保持了精度的穩(wěn)定性。高精度滾齒機(jī)一般可達(dá)到5級(jí)精度。作為數(shù)控機(jī)床, 零傳動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)的加工精度與機(jī)床、刀具、夾具、工件類型、加工環(huán)境等一系列因素有關(guān)。由表1[ 5 ]可知, 機(jī)床誤差和加工過程誤差對(duì)加工精度的影響最為明顯。為了進(jìn)一步分析零傳動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)的精度, 本文將主要從滾齒機(jī)機(jī)床誤差和滾齒加工誤差等兩方面分別進(jìn)行闡述。 vxPr)"Vvz  
表1數(shù)控機(jī)床各誤差源對(duì)加工精度的影響程度 >clVV6B  
xG edY*[`  
+K'YVB U}  
1.滾齒機(jī)機(jī)床誤差 d=+zOF  
7W},5c  
滾齒機(jī)是傳動(dòng)關(guān)系最為復(fù)雜的機(jī)床之一。傳統(tǒng)滾齒機(jī)通過內(nèi)、外聯(lián)傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)滾削加工, 傳動(dòng)鏈冗長, 這樣不但影響加工精度, 還影響精度的保持性。零傳動(dòng)滾齒機(jī)采用電主軸形式實(shí)現(xiàn)電機(jī)與滾刀、電機(jī)與工作臺(tái)的直聯(lián), 機(jī)床其它各進(jìn)給軸則采用電機(jī)- 聯(lián)軸器- 滾珠絲杠副的形式實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)向直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換, 這樣就很大程度地縮短了機(jī)床傳動(dòng)鏈, 甚至可以取消加工斜齒時(shí)所必需的差動(dòng)傳動(dòng)鏈, 最大限度地壓縮冗長傳動(dòng)鏈對(duì)加工精度的影響程度。此外, 由于零傳動(dòng)滾齒機(jī)結(jié)構(gòu)簡單, 各軸均由數(shù)控系統(tǒng)控制, 較之傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)則更容易實(shí)現(xiàn)各軸之間的聯(lián)動(dòng), 從而提高機(jī)床的加工精度。零傳動(dòng)滾齒機(jī)雖然消除了傳統(tǒng)機(jī)床中的一些誤差源, 但它采用的新的結(jié)構(gòu)形式也會(huì)為加工精度帶來新的影響, 本文將從主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三方面入手, 分析零傳動(dòng)機(jī)床結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床精度的影響。 rLD1Cpeb,w  
x%$6l  
1.1 主軸系統(tǒng) >J;J&]Olf  
F3!6}
u\F  
主軸系統(tǒng)是滾齒機(jī)的核心, 它在很大程度上影響著齒輪的加工精度。主軸部件的精度主要體現(xiàn)在主軸的回轉(zhuǎn)精度和剛度的提高, 而回轉(zhuǎn)精度與剛度又決定于主軸的形式及裝配形式。零傳動(dòng)滾齒機(jī)的滾刀主軸和工件主軸均采用電主軸形式。由于電主軸內(nèi)部為雙支承支撐結(jié)構(gòu), 選用高剛度軸承支承可以提高電主軸剛度特性, 減小其彈性變形、回轉(zhuǎn)誤差和徑向誤差等, 從而保證電主軸的動(dòng)靜態(tài)特性。為了進(jìn)一步提高電主軸精度, 對(duì)主軸支承軸承系統(tǒng)施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力, 這樣不僅消除軸承內(nèi)部的游隙, 還能使?jié)L動(dòng)體產(chǎn)生一定量的彈性變形, 從而增加滾動(dòng)體的接觸面積,提高軸承的回轉(zhuǎn)精度, 達(dá)到提高主軸精度的目的。除了支承軸承的影響以外, 另一個(gè)影響電主軸精度的重要因素就是電主軸的散熱問題。電主軸工作狀態(tài)下,電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生大量的熱量, 并將傳遞到主軸上, 這些熱量不僅會(huì)影響主軸本身精度, 更重要的是, 它會(huì)引起主軸軸承的熱變形, 從而影響電主軸的熱特性。為了消除熱變形的影響, 電主軸中設(shè)計(jì)有循環(huán)冷卻系統(tǒng), 它可以帶走電機(jī)產(chǎn)生的大部分熱量以減少主軸及其支承的熱變形。 @/As|)  
^oC>,%7  
零傳動(dòng)滾齒機(jī)主軸的設(shè)計(jì)中, 電機(jī)的選取對(duì)機(jī)床加工精度的影響至關(guān)重要。在傳統(tǒng)滾齒機(jī), 電機(jī)通過主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈將運(yùn)動(dòng)傳遞給滾刀, 并通過范成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈分配滾刀和工件軸的運(yùn)動(dòng)以滿足它們之間嚴(yán)格的傳動(dòng)比關(guān)系。運(yùn)動(dòng)傳遞中的大傳動(dòng)比的精密傳動(dòng)副可以減小滾齒機(jī)傳動(dòng)誤差, 這點(diǎn)對(duì)滾齒機(jī)的工作臺(tái)的影響最為明顯。雖然零傳動(dòng)滾齒機(jī)可以大大提高滾刀主軸的轉(zhuǎn)速, 但基于滾齒基本原理, 工作臺(tái)的速度仍然很低。在零傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)的情況下, 電機(jī)誤差對(duì)工作臺(tái)的影響不可能通過減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減小, 因此對(duì)工作臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性要求很高, 不但能做大承載力的可控回轉(zhuǎn), 還能提供高分辨率的精密低速運(yùn)動(dòng)。另外, 零傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)對(duì)電機(jī)的穩(wěn)定性要求也很高。結(jié)合電機(jī)的機(jī)械特性、矩頻特性、負(fù)載要求、調(diào)速要求等, 主軸電機(jī)一般選用效率高, 且高低速特性較好的交流同步電機(jī)。滾齒是斷續(xù)切削加工過程, 由于零傳動(dòng)滾齒機(jī)可提供較高的滾刀轉(zhuǎn)速, 這就帶來較高切削振動(dòng)頻率,為避免共振對(duì)齒輪加工的不良影響, 要求電主軸具有較高的固有頻率以遠(yuǎn)離激振區(qū), 由此, 對(duì)電機(jī)的固有頻率的要求也相應(yīng)提高。 ?T%"Jgy8  
F\;l)  
1.2 滾齒機(jī)進(jìn)給系統(tǒng) |,n(9Ix  
f9_Pn'"I  
在數(shù)控滾齒機(jī)中, 工作臺(tái)的軸向和徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是通過伺服電機(jī)、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)不但應(yīng)具有較高的傳動(dòng)精度和定位精度, 還應(yīng)具有良好的快速響應(yīng)性, 避免爬行。由于進(jìn)給爬行的產(chǎn)生主要是因?yàn)檫M(jìn)給系統(tǒng)的摩擦力較大而致, 在數(shù)控滾齒機(jī)中則采用摩擦系數(shù)小、高精度且具有預(yù)加負(fù)荷的高剛度直線滾動(dòng)導(dǎo)軌, 它不但可以提高機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度, 還能保證工作臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性, 從而使得工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)均勻、平穩(wěn)、無振動(dòng)、達(dá)到高定位精度與高重復(fù)性精度, 并易于達(dá)到與使用條件相匹配的足夠的剛度。用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)的滾珠絲杠通過適當(dāng)?shù)念A(yù)加壓力, 獲得零背隙及低熱損失, 進(jìn)一步保證了工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度與定位精度。進(jìn)給系統(tǒng)中, 伺服電機(jī)與滾珠絲杠的連接由撓性聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)。撓性聯(lián)軸器具有緩沖、吸振和補(bǔ)償誤差的功能, 作為進(jìn)給傳動(dòng)中的柔性環(huán)節(jié), 撓性聯(lián)軸器能有效地將電機(jī)的振動(dòng)隔離于床身之外, 提高了機(jī)床精度。 #]i^L;u1A  
!7]^QdBLY  
1.3 控制精度 $M-"az]  
mBrZ{hqS  
滾齒切削的基本原理是齒輪的展成運(yùn)動(dòng), 因此,滾刀轉(zhuǎn)速和工作臺(tái)轉(zhuǎn)速之間應(yīng)遵循嚴(yán)格的傳動(dòng)比關(guān)系, 其具體運(yùn)動(dòng)方程式如下： Qt'3v"S>)  
E<B/5g!  
m>[G-~0?kI  
式中: vz , vy 分別為z、y軸的進(jìn)給速度; β, λ分別為齒輪工件螺旋角和滾刀螺旋升角; mn 為斜齒輪法面模數(shù); nb , nc 分別是滾刀轉(zhuǎn)速和工作臺(tái)轉(zhuǎn)速。 1GR|$E  
w"M!**bP  
零傳動(dòng)滾齒機(jī)取消傳統(tǒng)滾齒機(jī)中的齒輪差分機(jī)構(gòu), 采用電子齒輪箱實(shí)現(xiàn)各軸運(yùn)動(dòng)的匹配, 并采用半閉環(huán)或全閉環(huán)控制, 通過數(shù)控補(bǔ)償和修正機(jī)械誤差,提高各軸的定位精度和重復(fù)定位精度, 從而簡化機(jī)床結(jié)構(gòu), 提高機(jī)床加工精度, 增加機(jī)床可靠性。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)在離散化和處理運(yùn)算數(shù)據(jù)時(shí)所帶來的誤差, 數(shù)控軟件則可以消除, 從而保證數(shù)控系統(tǒng)的精度。零傳動(dòng)滾齒機(jī)的數(shù)控結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 UZiL NKc  
~9!@BL\  
It