基于液壓驅動的數控插齒機主運動方案設計

摘 要：通過使用液壓系統對數控插齒機主運動進行驅動，該系統可以有效改進傳統曲柄連桿系統所產生的急回特性。由于液壓驅動其本身運轉特性，可實現無級調速功能。由于其輸出扭矩大，大大提升了插齒機刀具變速范圍，可以實現刀具的緩慢進給。由于其工作過程中起輸出扭矩恒定，不會因為刀具中途停止而導致扭矩失衡所產生的機械事故。通過三維仿真對其方案進行驗證，模擬插齒機運行過程中刀具行走狀況，確定其是否滿足插齒機使用要求。

關鍵詞：液壓驅動；數控插齒機；設計

1 引言

隨著機械加工業的蓬勃發展，機械零件的精度要求逐步提高。高精度加工設備成為當前工業生產主要需求對象，利用高精度數控技術，實現機械加工機械化、自動化，大大降低了人為因素所引入各項加工誤差。傳統機械加工設備逐步被數控機械加工設備取代，插齒機作為當前齒輪主要生產設備，其機械結構與控制原理決定了其所具有的加工精度。針對當前插齒機工作特性，本系統從其主軸機械結構設計出發設計一種新型數控插齒機主運動系統，提高了原有設備精度及加工效率。

利用三維建模軟件繪制數控插齒機主運動設計方案圖，通過對數控插齒機運動原理進行分析，確定了插齒機各項運動參數與特性。在此基礎上對機械主軸系統進行設計，利用三維建模與運動仿真驗證了方案可行性。通過對其運動情況分析，驗證其是否滿足數控插齒機使用要求。

2 數控插齒機運動原理

插齒機的成型原理采用展成法來實現，使用專用插齒刀進行齒輪加工，該類刀具與齒輪具有相同外形，利用刀具上齒牙部分形成刀口對工件進行切割。切割過程中，刀具沿工件軸線方向做直線往復運動以此實現刀具對工件的切削作用。同過刀具與工件的多次“無間隙嚙合運動”，工件表面逐步形成齒輪外輪廓線。

數控插齒機其切削運動特性與普通插齒機類似，其組成部分分為主運動、展成運動、切入運動三部分組成。圖1位插齒機運動簡圖，其中Cf1、Cf2表示插齒機進給運動，并相互組合形成插齒機展成運動。Zp、Ya為插齒機切入運動。

插齒機運動功能各項參數關系表達式如下：

W/Cf2、Ya、Zp、Cf1/T

式中：W-齒坯；Cf2-齒坯的旋轉運動；Ya-齒坯相對于刀具的徑向切入運動；ZP-齒坯相對于刀具的軸向運動；Cf1-刀具的旋轉運動；T-插齒刀。

3 數控插齒機主運動設計方案

數控插齒機主運動采用液壓驅動方案，利用液壓缸的收縮運動代替傳統曲柄連桿驅動刀具進行上下往復運動。由于去除了伺服電機，避免了由于電動機所產生的機械故障，相比于傳統曲柄連桿結構，更加穩定可靠。并由于液壓缸控制相較于電動機控制更加容易實現無級變速功能，并可以停止于任意位置。圖2為數控插齒機液壓驅動方案圖。

4 數控插齒機主運動系統三維建模

利用PRO.E三維建模軟件對該數控插齒機主運動系統進行三維建模，驗證其是否可以滿足使用要求。首先對插齒機主運動系統各個部件進行零件圖繪制，最終采用裝配圖將其裝配完成。將建立完整的三維模型導入ADAMS2005中，通過添加各個零件組合之間的約束條件，利用該軟件的仿真功能對本設計主運動狀況進行各項分析（如圖3）。

4.1 數控插齒機主軸運動仿真

設定各個模塊參數對數控插齒機進行模擬運行仿真，對插齒刀運行狀況進行實時監測。觀察其運行軌跡是否滿足設計要求。圖4為插齒刀運行時間與位置關系，由圖可知插齒機運行周期為4秒。當其達到最高位置時，測試時間為t=2s左右，并不對稱。但由于齒輪在加工過程中，后續還需對齒端進行修復，由此可見該誤差不會對齒輪加工造成過多的影響。

圖3主軸機械系統運動模型 圖4插齒刀運行時間與位置關系

5 結束語

本文所設計數控插齒機主運動系統采用了液壓直驅技術，該方案有效消除了曲柄連桿機構所產生的急回特性。增強了插齒機在插齒過程中穩定性，并通過PRO/E三維建模軟件與ADAMS分析軟件對設計方案進行了驗證確定了該方案的可行性，證明該方案可以滿足數控插齒機主動系統驅動要求。

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作者簡介：賈蘇書（1974.4-），男，安徽蕭縣人，工程師，1996年畢業于安徽理工大學機械專業，本科學歷，現工作在安徽淮海實業發展集團有限公司淮北供銷分公司，主要從事大型機電設備技術工作，已發表論文1篇。