数控锥齿轮研齿机自动侧隙控制方法

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【摘 要】 在数控研齿机YK2560A上，大齿轮与小齿轮作双面啮合，通过双齿侧对滚过程测量出Z轴方向的综合跳动偏差；应用西门子840D数控系统中的固定停功能，使主动锥齿轮（小轮）与从动锥齿轮（大轮）作无间隙啮合，读出此时各研磨点大轮安装距方向的坐标值；再经过侧隙计算，求得个研磨点的侧隙值，使研磨一对相互啮合的锥齿轮的接触区时每一研磨点都有相同的侧隙。

【关键词】 研齿机 双面啮合 固定停 侧隙计算 相同侧隙

前言

锥齿轮研齿机是利用锥齿轮副啮合过程中齿面的滑动速度，在啮合区中加入研磨剂进行齿轮副的齿面啮合，主要用来减少齿面粗糙度以改善齿面接触质量，使齿轮副在传动时达到高平稳性和低噪声。研齿时需要一些附加运动使两齿轮之间的相互位移不断变动才能研磨到全部齿面。数控锥齿轮研齿机上研磨一对相互啮合的锥齿轮的接触区时，要确定各研磨点的位置，也就是H、V、J坐标值，而且每给出研磨点齿高方向坐标值H1和研磨点齿长方向坐标值V1，就要给出一个侧隙值J1，当H和V变化时，侧隙值J也要跟着变化。调齿轮副的侧隙就是齿轮副工作面接触时，非工作面之间的最小距离。研齿时侧隙过小或没有侧隙时，将会同时在轮齿的两齿上进行研齿，产生不正确的研齿运动，并且出现噪声。如果研齿时齿轮副的侧隙过大，则会产生齿顶边缘干涉；侧隙还能保证研齿时研磨液的充分渗入，为了保证良好的研磨效果， 各研磨点具有相同的侧隙值尤为重要。

1 固定停功能的控制原理

图1中编程值一定要大于固定停的位置值。

如图3所示，是YK2560A结构示意图。本研齿机小轮安装距方向的运动为X（H）轴，大轮与小轮偏置距方向的运动为Y（V）轴，大轮安装距方向的运动为Z（J）轴，X、Y和Z分别由伺服电机带动丝杠进给，大轮轴线方向（J轴线方向）的传动机构上有一弹性机构幷装有光栅尺，由于弹性机构的存在使大齿轮成为浮动轴，大齿轮会沿其轴线方向来回移动，作双面啮合时光栅尺会记录大齿轮沿其轴线移动的位置，自动双齿侧对滚过程其实就是Z轴方向的综合跳动偏差的测量。以大轮主轴端面为基准，认齿时大轮轴从起始位置沿-Z朝着小轮轴的方向移动，啮合即为大轮齿顶与小轮齿根接触，也就是大轮齿顶到达图3中所示的位置；顶齿即为大轮齿顶与小轮齿顶接触，在系统参数中设定一扭矩值，这值可在加工程序中给定或修改，值的大小为大轮进给轴Z轴电机额定扭矩的25%左右。认齿时，首先在大轮进给轴Z轴施加固定停的控制，大轮朝着小轮的方向按照给定的编程值移动，顶齿或到达啮合位置时加在Z轴上的扭矩值增加，当增加到设定的扭矩值时，Z轴停止进给，取消进给剩余值， 若顶齿大轮进给轴后退，然后小轮转一角度，大轮轴重新朝着小轮轴的方向移动，直到啮合为止，取消固定停功能。

2 具有相同侧隙的控制方法

2.1 功能语句

在加工程序中写入如下语句，实现固定停功能。

FXS[Z1]=1 激活固定停功能。

FXST[Z1]=25 固定停设定的扭矩值（如果不在加工程序中给出如此指令，也可在机床数据MD37020 $MA_FIXED_ STOP_TORQUE_DEF设定值）。

FXSW[Z1]=0.2 固定停监视窗口范围 （如果不在加工程序中给出如此指令，也可在机床数据MD37010 $MA_FIXED_ STOP_WINDOW_DEF设定值）。

2.2 侧隙的生成

根据用户的不同要求，可以选择输入不同的侧隙值S。根据S值，可以计算出齿轮副在标准安装距时的侧隙。大齿轮沿其轴线Z轴移动距离S，齿宽中点从O点移动到O'点，如图4所示，则O点的法向位移和切向位移分别为：

；，其中为大齿轮的节圆锥角。

切向位移直接影响端面高度的变化，法向位移可再次分解为接触区域法向分量和切向分量。如图4（c）所示。

图4中的为齿廓角.齿廓角与压力角在数值上相等，所以可以直接把它看作为压力角。从图4可以得出：，即为齿轮副在标准安装距时的法向侧隙。最终可写为，它就是锥齿轮副自动侧隙检验的数学依据。在研齿开始之前.用户需要输入研齿加工的参数，这些加工的参数包括理想侧隙的大小。通过双齿侧接触对滚过程获得了实际侧隙值之后，机床将这个实测的侧隙值。与用户输入的理想侧隙值进行比较，根据比较的差值。

可以计算出机床的自动调整参数：。机床的自动调整参数最终可以写为。就是大齿轮锥在其轴线方向的移动量。

2.3 研齿机研磨循环流程图

图5是只研磨驱动面的研磨循环流程图。

如图6所示，在人机界面上输入加工参数如：主动锥齿轮与从动锥齿轮的安装距、工装长度、主动锥齿轮的转速、加在从动锥齿轮上的制动扭矩、理论侧隙值、各研磨点齿高方向坐标值X、研磨点齿长方向坐标值Y等；机床加工参数输入完成后要保存，然后生成代码。

（1）侧隙检测开始，大轮与小轮进行双面啮合，自动双齿侧对滚进行Z轴方向的综合跳动偏差的测量，测量的平均偏差存入R61。

（2）开启固定停功能，从动锥齿轮与主动锥齿轮在标准安装距处作无间隙啮合，读出标准安装距时的坐标值，存放到R参数R80中，取消固定停功能，后向+Z方向移动退出。

（3）移动到第一研磨点A测量出此点与标准安装距处侧隙差值。移动到第一研磨点，开启固定停功能，从动锥齿轮沿-Z方向移动与主动锥齿轮作无间隙啮合，读出第一研磨点A在Z轴上的坐标存放到参数R81，R81-R80为标准安装距处与第一研磨点相差的侧隙值，存放到参数R811，取消固定停功能，然后向+Z方向移动退出。

（4）如上步骤，分别求出第二研磨点B和第三研磨点C在Z轴上的坐标，存放到参数R82和R83，R82-R80存入R821，R83-R80存入R831。