大型數(shù)控滾齒機(jī)刀架精度調(diào)整及檢測(cè)方法探討*

蘭 輝 郭小艷 李武斌杜曉峰高俊峰

(①秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司，陜西 寶雞 721009;②寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721002;③國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，陜西 寶雞 721002)

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大型數(shù)控滾齒機(jī)刀架精度調(diào)整及檢測(cè)方法探討*

蘭 輝①郭小艷②③李武斌①杜曉峰①高俊峰①

(①秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司，陜西 寶雞 721009;②寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721002;③國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，陜西 寶雞 721002)

針對(duì)大型數(shù)控滾齒機(jī)滾刀架精度調(diào)整困難及滾刀軸軸線(xiàn)與活動(dòng)支撐孔重合度檢測(cè)不方便的問(wèn)題，分析了現(xiàn)有國(guó)標(biāo)GB/T25380-2010中推薦的測(cè)量方法對(duì)于大型數(shù)控滾齒機(jī)不適用的原因。提出了一種新的檢驗(yàn)方法，并闡述了詳細(xì)的檢測(cè)步驟。此方法不僅測(cè)量原理符合檢測(cè)要求，而且量具制造簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確、易于調(diào)整裝配精度；并為國(guó)標(biāo)GB/T25380-2010的修訂提供參考。

數(shù)控滾齒機(jī); 滾刀架精度;檢測(cè); GB/T25380-2010

世界機(jī)床正朝著高速、高精、智能及復(fù)合等方向發(fā)展，從21世紀(jì)初以來(lái)，大型數(shù)控滾齒機(jī)在礦山、冶金、機(jī)車(chē)、船舶等行業(yè)應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅猛，不僅是制齒行業(yè)所必需的產(chǎn)品，也是國(guó)家制造戰(zhàn)略發(fā)展不可或缺的產(chǎn)品。滾齒機(jī)加工齒輪精度的好壞，刀架是至關(guān)重要的零部件之一，滾齒機(jī)刀架的精度調(diào)整是影響齒輪加工精度的重要因素之一[1-2]。目前，大型數(shù)控滾齒機(jī)的制造廠(chǎng)商中，國(guó)外主要以美國(guó)格里森公司及德國(guó)利勃海爾公司為代表，而國(guó)內(nèi)主要以重慶機(jī)床集團(tuán)及武漢重型機(jī)床集團(tuán)為代表。我國(guó)與國(guó)外在設(shè)計(jì)理念、工藝制造方法及精度檢驗(yàn)方法等方面都有一定的差距。近年來(lái)，筆者公司承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)任務(wù)，旨在攻克相關(guān)主機(jī)核心部件制造難題，優(yōu)化主機(jī)制造裝配工藝，增強(qiáng)我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備的自主創(chuàng)新能力。

1 問(wèn)題的提出

目前，我國(guó)的滾齒機(jī)精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按照國(guó)標(biāo)GB/T25380-2010執(zhí)行，在檢驗(yàn)活動(dòng)支撐孔與滾刀主軸軸線(xiàn)重合度的方法中(G10)，采用如圖1所示的重合度量具進(jìn)行檢測(cè)， 該量具主要由帶錐頭檢驗(yàn)棒與檢驗(yàn)套兩部分組成。檢測(cè)示意圖如圖2所示。

具體檢驗(yàn)步驟如下[3]：(1)固定指示器，使其測(cè)頭依次在a、b兩個(gè)垂直平面內(nèi)盡可能靠近活動(dòng)支承處觸及檢驗(yàn)棒(L7為滾刀刀軸端部至檢驗(yàn)棒伸出端測(cè)量點(diǎn)的距離)。滾刀主軸軸線(xiàn)調(diào)至豎直位置。(2)在每個(gè)測(cè)量方向調(diào)整檢驗(yàn)棒至其徑向跳動(dòng)平均位置。(3)在a、b位置，當(dāng)檢驗(yàn)套進(jìn)入和退出活動(dòng)支承孔時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)。(4)誤差以檢驗(yàn)套進(jìn)入時(shí)產(chǎn)生的重合度誤差加上檢驗(yàn)套和檢驗(yàn)棒的間隙之半計(jì)。注意：也可在滾刀主軸回轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)量。

此標(biāo)準(zhǔn)只適用于加工規(guī)格為(φ80～2 000)mm齒輪的滾齒機(jī)，而未涉及加工規(guī)格超過(guò)φ2 000 mm齒輪的滾齒機(jī)，若繼續(xù)按照GB/T25380-2010推薦的方法測(cè)量，則存在以下問(wèn)題：

(1)重合度量具制造難度大，加工成本高，不易控制自身精度。

(2)測(cè)量時(shí)，需要將滾刀主軸軸線(xiàn)調(diào)至豎直位置，而大型數(shù)控滾齒機(jī)的刀架體積大，重量重，操作不方便。

(3)重合度量具總長(zhǎng)L需大于990 mm，檢驗(yàn)套長(zhǎng)度160 mm，檢驗(yàn)套在檢驗(yàn)棒上有效測(cè)量滑動(dòng)長(zhǎng)度L1≤400 mm，且至少>320 mm，因此量具自身的撓度問(wèn)題帶來(lái)的誤差不易消除，以及量具自身的制造誤差造成的檢驗(yàn)套和檢驗(yàn)棒之間的間隙不易控制，易造成測(cè)量結(jié)果失真。

另外，裝配活動(dòng)支撐孔支座時(shí)，必須修刮活動(dòng)支撐支座與滑座結(jié)合面來(lái)調(diào)整刀架主軸孔軸線(xiàn)與活動(dòng)支撐孔軸線(xiàn)的重合度，所以修刮時(shí)需將刀架部件平放，保持滾刀主軸軸線(xiàn)為水平方向；而測(cè)量時(shí)，必須將刀架豎直放置，保證滾刀主軸軸線(xiàn)處于豎直位置。大型刀架部件的安裝需要反復(fù)進(jìn)行修刮及精度檢測(cè)，上述方法存在的吊裝問(wèn)題就尤為突出。如何能更容易地做精度、更加方便地測(cè)量、更加準(zhǔn)確地測(cè)量，不僅僅是一個(gè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)的問(wèn)題，而且還是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的工程實(shí)踐問(wèn)題。

2 問(wèn)題的分析

檢測(cè)活動(dòng)支撐孔軸線(xiàn)與滾刀主軸軸線(xiàn)的重合度精度時(shí)，GB/T25380-2010標(biāo)準(zhǔn)中也提到了可用水平測(cè)量的方法，但要消除長(zhǎng)量具的撓度帶來(lái)的測(cè)量誤差。

依據(jù)一個(gè)長(zhǎng)V形鐵所限制的自由度與兩個(gè)短的V形鐵所限制的自由度相同的原理[4]，提出采用兩件長(zhǎng)度較短的等直徑量具代替國(guó)標(biāo)中一件長(zhǎng)度較長(zhǎng)的量具的方法，該方法不僅能夠解決長(zhǎng)量具的制造難題，而且測(cè)量原理及檢測(cè)方法的合理性也適合此項(xiàng)精度的檢測(cè)要求。

3 問(wèn)題的解決

針對(duì)以上問(wèn)題，提出一種適合檢測(cè)加工規(guī)格超過(guò)φ2 000 mm齒輪的滾齒機(jī)刀架活動(dòng)支撐孔軸線(xiàn)與滾刀主軸軸線(xiàn)重合度的方法，并設(shè)計(jì)出一套滿(mǎn)足該方法測(cè)量所使用的測(cè)量量具。該套量具主要包括錐柄等徑量棒、直柄等徑量棒、測(cè)量底座與測(cè)量角鐵四部分，具體結(jié)構(gòu)及檢測(cè)示意圖如圖3所示。

檢測(cè)方法及步驟：

(1)將具有7：24錐度的等徑量棒1裝入滾刀主軸錐孔中，檢查量棒與錐孔接觸情況，要求接觸≥90%。

(2)檢測(cè)量棒靠近滾刀主軸錐孔端面處外圓徑向跳動(dòng)值，要求≤0.002 mm。

(3)檢測(cè)量棒遠(yuǎn)離滾刀主軸錐孔端面300mm處外圓徑向跳動(dòng)值，要求≤0.008 mm。

(4)將直柄等徑量棒2裝入刀架末端活動(dòng)支撐孔中，旋轉(zhuǎn)量具，檢查量棒靠近支撐孔端面處外圓徑向跳動(dòng)值，要求≤0.002 mm。

(5)檢查量棒遠(yuǎn)離支撐孔端面300mm處(靠近滾刀主軸錐孔方向一側(cè))外圓徑向跳動(dòng)值，要求≤0.008 mm。

(6)以上五項(xiàng)分別測(cè)量，合格后，使用鎖緊螺母鎖緊活動(dòng)支撐孔內(nèi)的直柄等徑量棒，使用拉桿螺栓鎖緊主軸錐孔內(nèi)的錐柄等徑量棒1。

(7)先校正測(cè)量底座3的導(dǎo)軌與等徑量棒平行，即將千分表座吸于測(cè)量角鐵4上，千分表頭調(diào)整至錐柄等徑量棒的水平面內(nèi)高點(diǎn)a母線(xiàn)上，然后用錐柄等徑量棒靠近主軸錐孔端面處的a點(diǎn)和直柄等經(jīng)量棒靠近活動(dòng)支撐孔端面處的a點(diǎn)來(lái)調(diào)整測(cè)量底座3的導(dǎo)軌與兩量棒軸線(xiàn)在水平面內(nèi)的平行度，保證平行度要求在0.003 mm以?xún)?nèi)，之后，千分表光觸及于量棒側(cè)母線(xiàn)之位置(a向檢測(cè)示意圖位置)，測(cè)量角鐵沿測(cè)量底座導(dǎo)軌左右移動(dòng)，從刀架主軸錐孔端面處至活動(dòng)支撐孔端面處之間，以千分表顯示數(shù)值之差的絕對(duì)值，即為量具在a方向中心這偏差；同理，千分表頭觸及于量具b位置測(cè)出量具在b方向的中心之偏差；計(jì)算時(shí)，以量具在a、b兩方向偏差的較大值即為活動(dòng)支撐孔與滾刀主軸軸線(xiàn)的重合度偏差。

4 生產(chǎn)驗(yàn)證

采用上文中所提出的新方法，并使用所設(shè)計(jì)的量具完成了筆者公司承擔(dān)的國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)中的某大型數(shù)控滾齒機(jī)刀架精度調(diào)整與測(cè)量工作,現(xiàn)場(chǎng)照片如圖4所示。

所得到的測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1所示，由表可知刀架活動(dòng)支撐孔軸線(xiàn)與滾刀主軸軸線(xiàn)重合度為0.015mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)驗(yàn)收要求(設(shè)計(jì)要求值：0.019mm)。使用此方法測(cè)量并裝配完成刀架部件及整機(jī)，經(jīng)過(guò)機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)及齒坯試切后，所生產(chǎn)的齒輪滿(mǎn)足要求，并且整機(jī)運(yùn)行正常，從而證明了所采用的測(cè)量方法及所設(shè)計(jì)的量具的合理性。

表1 某大型數(shù)控滾齒機(jī)活動(dòng)支撐孔與滾刀主軸軸線(xiàn)重合度的測(cè)量數(shù)據(jù)

測(cè)量項(xiàng)目名稱(chēng)測(cè)量值/mm要求/mm判定錐度等徑量具與滾刀主軸錐孔接觸面積90%≥90%合格錐度等徑量具靠近主軸端面徑向跳動(dòng)0.0015≤0.002合格錐度等徑量具遠(yuǎn)離主軸端面300mm徑向跳動(dòng)0.005≤0.008合格直外圓等徑量具靠近支撐孔端面徑向跳動(dòng)0.002≤0.002合格直外圓等徑量具遠(yuǎn)離支撐孔端面300mm徑向跳動(dòng)0.005≤0.008合格量具在a方向中心差0.015≤0.019合格量具在b方向中心差0.012≤0.019合格活動(dòng)支撐孔與滾刀主軸軸線(xiàn)重合度公差0.015≤0.019合格

5 結(jié)語(yǔ)

采用新設(shè)計(jì)的測(cè)量量具，實(shí)現(xiàn)了大型數(shù)控滾齒機(jī)活動(dòng)支撐孔與滾刀主軸軸線(xiàn)重合度的測(cè)量,直接驗(yàn)證了本文提出的測(cè)量方法是正確的。

(1)所設(shè)計(jì)的測(cè)量量具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造難度小，加工成本低，解決了量具自身的撓度問(wèn)題，提高了測(cè)量精度。

(2)測(cè)量與修刮工作可在一個(gè)工位狀態(tài)下完成，解決了倒工位導(dǎo)致的吊裝等繁冗操作，既提高了機(jī)床裝配效率，又降低了工人的操作難度與勞動(dòng)強(qiáng)度。

(3)補(bǔ)充了國(guó)標(biāo)GB/T25380-2010的測(cè)量范圍，為后期該國(guó)標(biāo)的補(bǔ)充修訂提供借鑒。

[1]李立強(qiáng),馬蕾,王梅.滾刀架的減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2014(5):51-52.

[2]李立強(qiáng),姜輝.數(shù)控滾齒機(jī)滾刀架傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2012(5):87-88.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局．GB/T 25380-2010．?dāng)?shù)控滾齒機(jī) 精度檢驗(yàn)[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010：1-8．

[4]王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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Discussion on precision adjustment and test method for tool holder of large-scale CNC gear hobbing machine

LAN Hui①,GUO Xiaoyan②③,LI Wubin①,DU Xiaofeng①GAO Junfeng①

(①Q(mào)inchuan Machine Tool&Tool Group Corp, Baoji 721009,CHN;②CNPC Baoji Oilfield Machinery Co., Ltd.,Baoji 721002,CHN;③National Oil&Gas Drilling Equipment Research Center, Baoji 721002,CHN)

Aiming at the issues about difficulties of precision adjustment for tool holder and inconvenient coaxial degree test between hob shaft axis and active supporting hole of large-scale CNC gear hobbing machine, the reason why the recommended test method in current national standard GB / T25380-2010 is not applicable for large-scale CNC gear hobbing machine is analyzed.A new test method is proposed and detailed test procedure is presented in the paper.The test principle of the method meets test requirements, test tool is easy to manufacture, the method is accurate and is easier to adjust assembly precision.Furthermore, the reference for revision of the standard GB/T25380-2010 is provided.

CNC gear hobbing machine; hob precision; test method; GB/T25380-2010

* 國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目"高效、高精齒輪機(jī)床產(chǎn)品創(chuàng)新平臺(tái)" ( 2012ZX04012032)

TH162

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.11.001

蘭輝，男，1985年生，工程師，主要從事大型數(shù)控機(jī)床加工制造及裝配檢測(cè)等方面的技術(shù)研究工作，已發(fā)表論文5篇。

(編輯 譚弘穎)

2016-04-12)

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