偏擺馬達(dá)少齒差內(nèi)錐齒輪數(shù)控加工

1、 ，：偏擺馬達(dá)少齒差內(nèi)錐齒輪數(shù)控加工劉鵠然（浙江科技學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 ，杭 州 ）摘 要 ：提出偏擺少齒差氣動馬達(dá) ，設(shè)計了獨特的內(nèi)錐齒輪傳動結(jié)構(gòu) ，對偏擺馬達(dá)傳動所需內(nèi)錐齒輪的加工 工 藝進(jìn) 行 了 研 究 ，提出了內(nèi)錐齒輪數(shù)控加工新方法 ，解決了偏擺氣動馬達(dá)之 少齒差內(nèi)齒錐齒輪的數(shù)控加工問題 ，并 利 用 的一些性質(zhì)簡化了數(shù)控編程 。關(guān) 鍵 詞 ：內(nèi) 錐 齒 輪 ；偏 擺 馬 達(dá) ；數(shù) 控 加 工中 圖 分 類 號 ：；文 獻(xiàn) 標(biāo) 志 碼 ：文 章 編 號 ：（） （，）：， ， ， ：； 內(nèi) 錐 齒 輪 是 偏 擺 式 減 速 器 和 偏 擺 式 氣 動 馬 達(dá) 的 關(guān) 鍵 傳

2、動 部 件。內(nèi) 錐 齒 輪 的 設(shè) 計 相 當(dāng) 復(fù) 雜 ，同 樣它 的 加 工 制 造 也 是 較 復(fù) 雜 的 。 錐 齒輪的加工方法屬于專業(yè)性技術(shù)性 較 強(qiáng) 的 工 作 ，該 工 種 的 操 作 工 人 必 須 經(jīng) 過 專 門 的 培 訓(xùn) 。 本研 究 對 內(nèi)錐齒輪 加工工藝進(jìn)行 了 探討 ，提 出 了 內(nèi) 錐 齒輪的新加工方法 數(shù) 控 加 工。收 稿 日 期 ：基 金 項 目 ：浙江省自然科學(xué)基金資助項目 （，）作 者 簡 介 ：劉 鵠 然（），男 ，江 西 省 南 城 人 ，教 授 ，博 士 ，主要從事機(jī)械傳動研究 。浙江科技學(xué)院學(xué) 報第 卷內(nèi)外錐齒輪嚙合 根 據(jù) 偏 擺 馬 達(dá) 的 結(jié)

3、 構(gòu) 需 求 ，必 須 采 用 內(nèi) 置 錐 齒 輪 來 達(dá) 到 偏 擺 運(yùn) 動 （圖 和 圖 ）。 偏擺錐差行星傳 動 原 理 為 ：當(dāng) 輸 入 軸 轉(zhuǎn) 動 帶 動 偏 角 軸 繞 軸 線 轉(zhuǎn) 動 ，又 偏 角 軸 頭 的 軸 線 與 軸 線 有 個 錐 角 ，此 時 偏 角 軸 頭 的 軸 線 便 形 成 了 一 個 頂 錐 角 為 倍 的 錐 束 空 間 。 同 時 ，裝 在 偏 角 軸 頭 上 的 錐 齒 輪 受 到 周 向 限 制 副 的 約 束 ，無 法 做 周 向 運(yùn) 動 。 迫 使 錐 齒 輪 在 錐 束 空 間 內(nèi)做 繞 中性 點的偏擺往復(fù) 運(yùn) 動 ，與 裝在輸出軸上的 錐齒輪

4、形成循環(huán)開合 的 嚙 合狀 態(tài) 。 兩 錐 齒 輪 在 上 部 呈 全 部 嚙 合 狀 態(tài) ，而 在 下 部 為 全 脫 開 狀 態(tài) 。 當(dāng) 轉(zhuǎn) 過 半 圈 ，來 到 相 反 位 置 時 ，兩 錐齒輪在下部 呈 全 部嚙 合狀態(tài) ，而在 上 部為全脫開狀態(tài) 。 當(dāng) 再 次 轉(zhuǎn) 過 半 圈 后 ，偏 轉(zhuǎn) 角 回 到 原 來 位 置 ，兩錐 齒輪 在上部呈全部嚙合狀態(tài) ，而 在 下 部 為 全 脫 開 狀 態(tài) ，正 好 完 成一個偏擺嚙合循環(huán) 。 顯 然 ，偏 轉(zhuǎn) 軸 頭 在 繞 軸 轉(zhuǎn) 動 的 時 候 ，內(nèi) 錐 齒 輪的輪齒在繞圓周方向做循環(huán)進(jìn) 入有循環(huán)推出的嚙合 ，使 嚙合 區(qū) 沿 輸出錐 齒

5、 輪的節(jié)錐面轉(zhuǎn)移 。 由 于兩齒輪齒數(shù)相差不多 ，所 以 當(dāng) 偏 角軸頭轉(zhuǎn)一周時 ，被 動 錐 齒 輪 沿 反 方 向 轉(zhuǎn) 過 （ ）個 齒 ，相 當(dāng) 于 （ ） 轉(zhuǎn) ，具有相當(dāng)大的減 速 能 力 。 套 筒 ； 錐 齒 輪 ； 齒 圈 ； 蓋 板 內(nèi) 錐 齒 輪 ； 圓 螺 母 ； 心 軸 ； 密 封 件 ； 鑲 塊 ； 套 筒 ； 軸 承 ； 軸 承 ； 螺 釘 ； 偏 擺 齒 輪 ； 殼 體 ； 吊 鉤 ； 接 頭 ； 液 壓 管 ； 套 筒 ； 腿 力 軸 承 ； 配 油 筒 ；、 圓 錐 磙 子 軸 承 ； 相 體 ； 螺 柱圖 內(nèi)錐齒輪傳動結(jié)構(gòu)在偏擺少齒差氣動馬達(dá)中的應(yīng)用 第 期劉

6、 鵠 然 ：偏擺馬達(dá)少齒差內(nèi)錐齒輪數(shù)控加工 圖 內(nèi) 錐 齒 輪 內(nèi)錐齒輪數(shù)控銑齒 齒輪 輪 齒 的 加 工 方 法 很 多 ，如 切 削 法 、鑄 造 法 、軋 制 法 、沖 壓 法 、鍛 造 法 等 。 其 中 最 常 用 的 有 切 削 法 。按 其 原 理 分 仿 形 法 和 展 成 法 兩 類 。 筆 者 所 設(shè) 計 的 圓 錐 齒 輪 均 采 用 仿 形 法 加 工 ，因其加工方法 簡 單 ，故 不 需 要 專 用 的 機(jī) 床 ；缺 點 是 精 度 難 以 保 證 ，生 產(chǎn) 效 率 較 低 。 但 這 種 方 法 特 別 適 用 于 修 配 、單 件 生 產(chǎn) 及 加 工 精 度 要

7、求 不 高 的 齒 輪 。（程 序 名）（選 用 號 坐 標(biāo) 系） （固 定 循 環(huán) 返 回） （粗加工外圓車刀） （速 度 等） （定 位 快 速 移 動）（右 側(cè) 刀 具 補(bǔ) 償）（直 線 插 補(bǔ) 走 刀） （直 線 插 補(bǔ) 走 刀） （定 位 快 速 移 動）浙江科技學(xué)院學(xué) 報第 卷（取 消 刀 具 補(bǔ) 償） （精 加 工 外 圓 車 刀） （加 工 外 圓） （定 位 快 速 移 動） （切 斷 刀 寬 度 ） （定 位 快 速 移 動） （走 刀） （直 線 插 補(bǔ) 走 刀） （定 位 快 速 移 動） （設(shè) 置 局 部 坐 標(biāo) 系）（直 線 插 補(bǔ) 走 刀） （程 序 結(jié) 束 并

8、返 回 程 序 頭）筆 者 和 操 作 人 員 獨 創(chuàng) 出 一 種 簡 便 方 法 ，直 接 用 自 動 標(biāo) 出 加 工 關(guān) 鍵 點 坐 標(biāo) ，直 接 數(shù) 控 編 程 ，見 圖 。內(nèi)錐齒輪毛坯的加工程序 與 傳 統(tǒng) 加 工 方 法 相 比 ，數(shù) 控 齒 輪 加 工 機(jī) 床 具 有以 下 特 點 ：）結(jié) 構(gòu) 簡 單 ，剛 性 好 。 新 型 數(shù) 控 弧 齒 錐 齒 輪 加 工 機(jī) 床 大 都 為 模 塊 化 結(jié) 構(gòu) ，簡 單 明 快 。 與 傳 動 機(jī) 械 式 銑 齒 機(jī) 比 較 ，零 部 件 數(shù) 量 和 占 地 面 積 大 大 減 少 。 據(jù) 格 里 森 資 料 介 紹 ，鳳 凰 型 數(shù) 控

9、機(jī) 床 的 剛 性 要 比 傳 統(tǒng) 機(jī) 械 式 銑 齒 機(jī) 高 十 倍 以 上 。圖 用 自動標(biāo)出加工坐標(biāo) ）無 展 成 鏈 ，精 度 高 。 一般 的 數(shù)控機(jī)床不僅沒有展成鏈 ，每 個伺服電機(jī)到執(zhí)行部件 之 間 的傳 動 鏈 很短 ，通 常 只 有 一 級 到 二 級 齒 輪 傳 動 ，各軸之間的相對運(yùn)動完全由計算 機(jī) 直 接 控 制 ，消 除 了 機(jī) 械 誤 差 和 人 為 誤 差 對 加 工 的 影 響 ，因 此 齒 輪 的 加 工 精 度 高 。 過 去 機(jī) 械機(jī)床最高只能加工出 級 精 度 的 齒 輪 ，現(xiàn) 在 可 以 加 工 出 級 以 上 的 齒 輪 。）程 序 控 制 ，柔 性

10、 好 。 數(shù)控 機(jī) 床完全由計算機(jī)程序控制 ，不需要人工調(diào)整 。 加 工 調(diào) 整 好 的 數(shù) 據(jù) 可 以 存 儲 在 計 算 機(jī) 里 ，下 次 加 工 時 調(diào) 出 來 即 可 使 用 ，而且沒有機(jī)械誤差和 人 為 誤 差 ，重 復(fù) 性 非 常 好 。）調(diào) 整 方 便 ，效 率 高 。 數(shù) 控 機(jī) 床 在 轉(zhuǎn) 換 加 工 零 件 時 只 需 調(diào) 換 刀 盤 和 夾 具 ，其 余 則 完 全 由 程 序 控 制 ， 不 需 要 人 工 干 預(yù) ，可以 很 方 便地在多 種產(chǎn)品類型和多種齒制之間轉(zhuǎn)換 。 因 此 ，減 少 了 很 多 人 工 調(diào) 整 環(huán) 節(jié) ， 極 大 地 提 高 了 機(jī) 床 調(diào) 整

11、 和 加 工 效 率 。）安 全 性 高 ，滿 足 環(huán) 保 要 求 。 傳統(tǒng)機(jī)械式機(jī)床在加工時需 要用到大量切削油和冷卻介質(zhì) ，容 易 造 成 環(huán) 境 污 染 ；且 大 多 數(shù) 機(jī) 床 為 敞 開 式 結(jié) 構(gòu) ，對操作人員的防護(hù)并不全面 。 數(shù) 控 機(jī) 床 在 加 工 過 程 中 實 現(xiàn) 封 閉 ， 對 人 員 安 全 是 個 極 大 的 保 護(hù) 。 在 毛坯質(zhì)量穩(wěn)定的情況下 ，允 許 實 現(xiàn) 干 式 切 削 ，從 而 減 少 了 污 染 物 的 排 放 ， 滿 足 了 環(huán) 保 的 要 求 。對 刀 步 驟 ：）先 在 三 爪 夾 頭 上 裝 上 一 段 圓 柱 形 棒 ，并使圓柱棒的軸線與

12、砂 輪軸線大致處于同一 高 度 。） 向 微 調(diào) 工 件 臺 ，使 圓 柱棒的側(cè) 面 與砂輪大端圓周恰好相切 ，并記下該位置所對應(yīng)的 值 。） 向 移 動 工 作 臺 相 當(dāng) 于 圓 柱 棒 半 徑 的 距 離 ，這時分度頭軸線正好過砂輪大端圓周內(nèi)側(cè)換上工 第 期劉 鵠 然 ：偏擺馬達(dá)少齒差內(nèi)錐齒輪數(shù)控加工 件 ，懸 伸 量 以 砂 輪 與 夾 頭 不 發(fā) 生 干 涉 為 度 。） 向 微 調(diào) 工 作 臺 ，使工件 頭 部頂點與砂輪大端圓周恰好相切 ，并 記 下 該 位 置 對 應(yīng) 的 位 置 。）令 工 作 臺 從 上 述 位 置 分 別 沿 ， 方 向 移 動 。齒 輪 加 工 過 程銑刀

13、 的 選 擇 ：銑 刀 是 根 據(jù) 當(dāng) 量 圓 柱 齒 輪 的 數(shù) 據(jù) ，是 按 當(dāng) 量 齒 數(shù) 當(dāng) 、壓 力 角 和 模 數(shù) 來 設(shè) 計 的 。 銑刀 厚 度 除 外 。 用 三 步 加 工 法 時 要 用 帶 有 形標(biāo)志的專用刀具 。當(dāng) 量 圓 柱 齒 輪 的 齒 數(shù) ，當(dāng) 當(dāng) 當(dāng) 量 齒 數(shù) 大 于 等 于 時 ，應(yīng) 選 用 號 刀 。 本次實驗選用的 即 是 號 刀 。對 刀 ：將 頂 尖 裝 入 分 度 頭 主 軸 孔 內(nèi) ，調(diào) 整 橫 向 工 作 臺 的 位 置 ，使 銑 刀 的 中 心 平 面 與 頂 點 正 對 （初 步 校 對），再 取 下 頂 尖 ，裝 上 齒 坯 。）試

14、開 槽 。）調(diào) 整 齒 向 。）切 出 小 端 齒 槽 。 工 作 臺 升 到 全 齒 深 ，依次銑出全部齒槽 。）切 去 大 端 兩 側(cè) 加 工 余 量 。 先 切 一 側(cè) （右 側(cè) ），將 工 作 臺 向 右 橫 向 移 動 一 個 距 離 ， 值 可 按 下 式 計 算 ： 式 中 ： 齒 寬 ，； 節(jié) 錐 長 ，； 模 數(shù) ，。再 切 齒 槽 的 左 側(cè) ，如 圖 所 示 ，將工作臺反方向 移 動 倍 值 （要 注 意 消 除 絲 桿 間 隙 的 影 響 ，最 好 通 過 安 裝 千 分 表 來 控 制 橫 向 位 移 量），然后按上述方法 將這一側(cè)的齒厚切到滿足圖紙的要求 ，并 順

15、次 將 各 齒 這 一 側(cè) 都 切 出 來 。這 種 方 法 與 其 他 方 法 比 較 ，具 有 如 下 特 點 ：）調(diào) 整 計 算 比 較 簡 單 ，不 必 借 助 表 格 數(shù) 據(jù) ，也 省 去 了 測 量 銑 刀 刀 刃 尺 寸 等 輔 助 工 作 ，在現(xiàn) 場使用比較方便 。）由 于 用 這 種 方 法 加 工 ，小 端的齒厚 比理論上要求的 稍 薄 一 點 ，因 此 加 工 后 一 般 都 不 用 修 銼 小 端 的 齒 形 便 能 使 用 ，可 以 節(jié) 省 大 量 的 人 力 和 時 間 。）當(dāng) 遇 到 一 些 節(jié) 錐 角 很 小 的 錐 齒 輪 ，加工后小端的齒 厚 特 別 是 齒

16、 頂 厚 無 法 符 合 要 求 ，這 時 候 可 以 通 過 調(diào) 整 位 移 量 來 控 制 齒 頂 厚 。）切削時最好是從大端向小端切過去，這樣比較安全。因為萬一沒有鎖緊分度頭（或因工作時松動），切削力將使分度頭主軸推向水平位置，可避免發(fā)生于機(jī)床主軸相碰撞的事故，而且測量大端尺寸也比較方便。內(nèi) 錐 齒 加 工 和 加 工 實 物 見 圖 。圖 位移量與回轉(zhuǎn)方向的關(guān)系 通 常 ，圓 錐 齒 輪 的 齒 形 精 度 是 靠 機(jī) 床 和 刀 具 來 保 證 的 ，目 前 沒 有 簡便的檢驗方法 。 工 程 實 踐 中 最常 用 的 就 是 檢 驗 毛 坯 齒 頂 圓 直 徑 和 外 形 。 加 工 后 檢 驗 齒 根 圓 直 徑 ，看 是 否 切 到 位 。 齒 面 精 密 檢 測 要 用 三 坐 標(biāo) 測 量 儀 ，但 本 實 驗 加 工 的 齒 輪 太 小 ，沒 有如此小的測頭 ，因而無 法 用三坐標(biāo)測量儀 檢 測 。 此 外 ，還 可 以 在 工 具 顯 微 鏡 下 掃 描 大 端 背 錐 齒 形 。 而 最 根 本 的 是 運(yùn) 轉(zhuǎn) 試 驗 ，本 裝 置 齒 輪 已 經(jīng) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 試 驗 ， 一 直 運(yùn) 轉(zhuǎn) 良 好 。浙江科技學(xué)院學(xué) 報第 卷圖 內(nèi) 錐 齒 加 工（左）和加工好的實物（右） （）（）結(jié)語本 研 究 提 出 的 內(nèi) 錐 齒 輪 數(shù) 控 加 工