滾刀架的減振結(jié)構(gòu)設(shè)計

李立強 馬 蕾 王 梅

(齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161005)

1 傳動滾齒機滾刀架

目前，我國滾齒機滾刀架的主傳動一般使用齒輪傳動結(jié)構(gòu)，各傳動軸使用滾動軸承定心。由于滾動軸承的滾動摩擦系數(shù)和滾動摩擦阻尼力非常小，同時成對嚙合的齒輪之間存在有齒側(cè)反向間隙，在滾齒機的滾齒加工過程中，高速滾刀在高頻斷續(xù)切削狀態(tài)下滾切齒輪工件時，由于滾動軸承的滾動摩擦阻尼力無法克服滾刀斷續(xù)切削時產(chǎn)生的反作用力，使?jié)L刀在高速旋轉(zhuǎn)滾切齒輪時產(chǎn)生高頻振動。其振動頻率與滾刀的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)相關(guān)，振幅與滾切力的大小有關(guān)，滾刀再將其振動通過主軸傳遞給主傳動箱各軸乃至整個滾刀架，滾刀架帶動滾齒機整體一起共振。滾刀的振動使被加工齒輪的表面呈現(xiàn)非常明顯的波紋狀，使被加工齒輪的表面粗糙度和精度以及滾刀的工作壽命都大大降低，尤其是在被加工齒輪的模數(shù)、直徑和厚度較大時，由于滾刀的磨損非常嚴重，一把滾刀無法完成一個齒輪全部齒的加工，中途必需停機，在更換滾刀的刀片或磨刀后，滾刀才可以繼續(xù)使用，滾齒機才能繼續(xù)加工齒輪工件，由于齒輪加工過程中間隔較長，在繼續(xù)加工齒輪工件前，滾齒機還需要重新預(yù)熱至機床的熱穩(wěn)態(tài)溫度，以避免在滾齒機不同的溫度下工作時，影響齒輪工件的精度。上述過程既費時又費力，滾刀的振動問題嚴重影響了滾齒機的生產(chǎn)效率和加工精度。

通過增加主傳動箱飛輪慣量和降低滾齒機加工參數(shù)的辦法，雖然對主傳動箱的減振能起到一定程度的效果，但不能根本性的解決滾刀的振動問題。首先，由于主傳動系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的限制，飛輪的直徑和質(zhì)量不可能制作得非常大，否則，會使得滾刀架主傳動電動機的規(guī)格和主傳動系統(tǒng)的齒輪模數(shù)增大，使主傳動箱整體變得非常龐大，使機床的成本大大增加，機床的性價比卻因此而顯著降低。其次，隨著刀具制作工藝的發(fā)展和進步，滾刀的額定切削線速度越來越快，使傳統(tǒng)滾齒機主傳動的振動問題越來越突出，使用降低滾齒機加工參數(shù)的辦法將嚴重影響滾齒機的加工效率、生產(chǎn)周期和成本。

2 新型阻尼減振

為了解決上述問題，筆者公司研制了滾齒機主傳動箱的阻尼減振結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。通過該結(jié)構(gòu)使?jié)L齒機的主傳動鏈增加了阻尼力可調(diào)整的阻尼環(huán)節(jié)，通過該阻尼環(huán)節(jié)來克服斷續(xù)切削時滾刀的高頻振動，達到了滾齒機滾刀架主傳動系統(tǒng)減振的目的。該阻尼結(jié)構(gòu)的使用可以大大提高滾齒機的加工參數(shù)和生產(chǎn)效率，降低滾齒機的加工成本。

該阻尼結(jié)構(gòu)是通過對主傳動箱的大齒圈處增加薄齒圈、壓環(huán)和碟形彈簧，其中，薄齒圈的齒數(shù)比大齒圈多一齒，并對該薄齒圈進行負變位，大齒圈和薄齒圈同時與小齒輪嚙合傳動，由于薄齒圈與大齒圈之間存在齒數(shù)差，因此使得大齒圈和薄齒輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差，大齒圈和薄齒輪之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)運動。另一方面，在薄齒圈的外側(cè)增加了壓環(huán)和碟形彈簧，使用碟形彈簧對壓環(huán)、薄齒圈和大齒圈施加正壓力，在大齒圈和薄齒輪之間相對旋轉(zhuǎn)運動時，使壓環(huán)、大齒圈和薄齒圈三者之間產(chǎn)生滑動摩擦力，該滑動磨擦力即是阻尼減振結(jié)構(gòu)的阻尼力，通過該阻尼力平衡滾刀在斷續(xù)切削時產(chǎn)生的反作用力。經(jīng)過計算后確定碟形彈簧的規(guī)格和組數(shù)，保證阻尼力在大于滾刀斷續(xù)切削產(chǎn)生反作用力，使?jié)L刀斷續(xù)切削反作用力不能引起滾刀架的高頻振動的同時，又使得主傳動箱主電動機的摩擦功率損耗的最小，滾齒機的工作效率最高，使?jié)L齒機的旋轉(zhuǎn)切削主運動平穩(wěn)而又高效。

該阻尼結(jié)構(gòu)由壓環(huán)1、碟形彈簧2、定位套3、螺釘4、齒輪5，薄齒圈6、軟帶7、耐磨套8、大齒圈9 等組成。主傳動箱阻尼結(jié)構(gòu)是:齒輪5 同時與大齒圈9、薄齒圈6 嚙合傳動，薄齒圈6 的齒數(shù)比大齒圈9 的齒數(shù)多一齒，為避免薄齒圈6 與齒輪5 嚙合時干涉，將薄齒圈6 進行負變位，薄齒圈6 的內(nèi)孔與耐磨套8 的外圓柱面為滑動間隙配合，耐磨套8 的內(nèi)孔與大齒圈9 左側(cè)凸臺過盈配合，在薄齒圈6 的兩側(cè)粘接有軟帶7，壓環(huán)1 通過多組碟形彈簧2 被壓緊在大齒圈9 的左端面上，碟形彈簧2 的內(nèi)孔套在定位套3 的定心外圓柱面上，定位套3 的芯部裝有鎖緊用螺釘4。

阻尼力的調(diào)整過程:鎖緊螺釘4 將多個均布的定位套3 鎖緊在大齒圈9 左端面上，使定位套3 壓縮碟形彈簧2，碟形彈簧2 壓緊壓環(huán)1，壓環(huán)1 將壓緊力通過薄齒圈6 和軟帶7 作用在大齒圈9 的左端面。由于大齒圈9 的齒數(shù)比薄齒圈6 的齒數(shù)少一齒，在齒輪5與大齒圈9、薄齒圈6 同時嚙合傳動時，在大齒圈9 和薄齒輪6 之間必然產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)運動，碟形彈簧2 對壓環(huán)1 施加的正壓力的大小，通過調(diào)整定位套3 的長度來控制，該壓緊力使兩側(cè)粘接有軟帶7 的薄齒圈6、壓環(huán)1 和大齒圈9 之間均產(chǎn)生滑動摩擦阻尼力，通過該滑動摩擦阻尼力來克服滾刀在斷續(xù)切削時產(chǎn)生的反作用力。通過計算相應(yīng)確定碟形彈簧2 的規(guī)格和組數(shù)，使該阻尼結(jié)構(gòu)在克服滾刀高頻振動的同時，又保證主電動機的功率損耗最小。

3 結(jié)語

通過研制滾齒機主傳動的阻尼減振結(jié)構(gòu)，使?jié)L刀架主傳動結(jié)構(gòu)增加阻尼環(huán)節(jié)，通過該阻尼環(huán)產(chǎn)生的阻尼力克服了滾刀在斷續(xù)切削時產(chǎn)生的反作用力，從而消除滾刀的高頻振動，避免了滾刀架帶動滾齒機整體一起共振的現(xiàn)象。該阻尼減振結(jié)構(gòu)大大提高了加工齒輪工件的表面粗糙度和精度，延長了滾刀的使用壽命，有效地防止了滾齒機打刀事故的發(fā)生。