螺旋錐齒輪數(shù)字化制造過程關鍵技術概述

王增強 聶峻峰 趙興福 張彥飛

摘 要：螺旋錐齒輪應用廣泛，但隨著工業(yè)發(fā)展，對其制造精度的要求也越來越高，目前齒面誤差可達0.005mm，傳統(tǒng)的加工方法由于質量不穩(wěn)定、精度低、一致性差、效率低等原因，正逐步被先進的螺旋錐齒輪數(shù)字化加工技術所取代。齒面的數(shù)字化加工過程中涉及到的關鍵技術包括：螺旋錐齒輪數(shù)字化建模、印痕數(shù)字化模擬仿真、加工參數(shù)的智能獲取和調整以及數(shù)字化檢測技術等。

關鍵詞：螺旋錐齒輪；數(shù)字化；加工；檢測

1 概述

1.1 螺旋錐齒輪加工技術發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的螺旋錐齒輪加工方法通常是首先按照圖紙要求加工大輪，然后通過磨齒調整小輪的齒面進行嚙合試驗直至印痕區(qū)符合圖紙要求，其加工方法中主要的缺點包括：（1）加工效率低：印痕調整的過程較為復雜，對操作者的技能要求比較高，往往要根據(jù)印痕的實際情況和加工經驗確定調整參數(shù)，調整周期長。加工程序不能固化，每次加工都需要重新調整。尤其不能滿足如現(xiàn)代工業(yè)多型號、小批量的發(fā)展趨勢。（2）加工精度低：依靠操作人員的經驗和技能很難穩(wěn)定的制造出高精度的零件，而且這種方式不符合現(xiàn)代化加工技術的發(fā)展趨勢。（3）齒面不統(tǒng)一：傳統(tǒng)的螺旋錐齒輪為配對加工，在使用過程中如其中一個齒輪報廢，則相配齒輪通常情況下也同時報廢，因為不同批次加工同件號零件的齒面不同。

目前歐美發(fā)達國家應用較為廣泛的是螺旋錐齒輪的數(shù)字化加工方法且應用的已經很成熟，該技術有高效率、高合格率和高精度以及較好的精度穩(wěn)定性和一致性等優(yōu)點，能夠避免傳統(tǒng)加工方法產生的弊端，目前，我國螺旋錐齒輪的數(shù)字化加工技術正在逐步取代傳統(tǒng)的加工方法。

1.2 螺旋錐齒輪數(shù)字化加工過程關鍵技術

螺旋錐齒輪數(shù)字化加工的目標是實現(xiàn)齒輪的設計[1]、制造[2]和檢測[3]整個過程協(xié)同，以實現(xiàn)螺旋錐齒輪的高效、高精度制造技術，螺旋錐齒輪數(shù)字化加工具體過程：根據(jù)圖紙建模-模擬仿真得到印痕-得到加工參數(shù)-加工零件-測量實際齒面-與標準齒輪齒面進行比較-調整加工參數(shù)-分析比較印痕-調整加工參數(shù)-反復調整直至得到合格印痕。

首先進行螺旋錐齒輪齒面的三維精確建模，目前在工程化中應用較廣泛的如克林貝格的KIMOS，格里森的G-AGE等專用軟件，有的研究院校也使用UG、CATIA等軟件，根據(jù)設計圖紙參數(shù)實現(xiàn)其建模。模型建立后即可以根據(jù)設計圖紙要求實現(xiàn)印痕的模擬仿真，包括齒面接觸分析和加載后齒面接觸分析，得到合格的印痕后即定義該齒面即為理論齒面。同時還可以通過數(shù)字化的方式自動獲取加工此齒面對應的調整卡，包括機床加工參數(shù)和刀具設計參數(shù)等。

建模過程中涉及到理論齒面、實測齒面和形貌圖的概念，在齒面檢測后可以獲得實測齒面數(shù)據(jù)，進一步同理論齒面對比得到齒面形貌圖，然后根據(jù)形貌檢測數(shù)據(jù)調整加工參數(shù)，目前常用的齒面形貌圖通常是在整個齒面取9列5行共45個點來表示齒面的形態(tài)，如圖1。

標準齒輪中的45個坐標點是通過嚙合仿真得到合格印痕后對應的齒面的坐標，可以認為是理論坐標。在進行齒面坐標點測量時同樣使用數(shù)字化的手段，使用三坐標或齒輪專用測量機在進行相應的模塊升級后可以讀取標準齒輪的模型，自動生成檢測程序并生成更精確的檢測報告，如圖2。事實上，離線檢測編程技術最近幾年應用推廣的較為廣泛，如離心葉輪、大型零件的復雜曲面等檢測，應用這種檢測方法不僅提高了檢測效率，在提高零件的制造精度方面起到重要作用。

圖2 齒面檢測報告

2 結束語

在整個螺旋錐齒輪數(shù)字化制造過程中，齒面加工參數(shù)的反調、修正是實現(xiàn)制造高精度齒面和接觸區(qū)精確調整的關鍵技術[2]。根據(jù)實際齒面的測量結果反調加工參數(shù)，通常指的是優(yōu)化磨齒加工參數(shù)，以得到目標齒面（標準齒輪齒面）是最關鍵的步驟，在傳統(tǒng)的加工方法中調整磨齒參數(shù)需耗費大量人力、物力，調整次數(shù)有時甚至多達10余次。使用數(shù)字化技術后，根據(jù)印痕的實際情況，通過優(yōu)化加工參數(shù)，根據(jù)計算機的計算結果，可以有效的科學的優(yōu)化磨齒參數(shù)，通常在一次或者兩次調整后齒面即可滿足圖紙要求。齒面形狀誤差可達±0.005mm。

參考文獻

[1]汪中厚，李剛，久保愛三.基于數(shù)字化真實齒面的螺旋錐齒輪齒面接觸分析[J].機械工程學報，2014，50（15）：1-11.

[2]李敬財，王太勇，范勝波，等.基于數(shù)字化制造的螺旋錐齒輪齒面誤差修正[J].農業(yè)機械學報，2008，39（5）：174-177.

[3]王軍，王小椿，姜虹，等.螺旋錐齒輪齒面的三坐標測量[J].機械工程學報，2003，39（6）：151-154.

作者簡介：王增強（1986-），男，工程師，研究方向：螺旋錐齒輪數(shù)字化制造。