OTT 蜗轮加工分析

114 OTT 蜗轮加工分析 OTT 蜗轮加工分析 崔 永 坚 都江堰宁江宗汇精密小型蜗杆有限责任公司 四川省 都江堰市 611830 摘要：摘要：OTT 高精密蜗杆蜗轮，采用双蜗杆对消间隙原理，高精度、长寿命、低噪音、易 安装。同时精度调整方式简单，蜗杆采取双段式蜗杆简单地消除反向间隙。其啮合方式与普 通蜗轮副不同，因此，蜗轮加工参数与普通蜗轮的加工参数不同，本文从 OTT 蜗轮啮合原理 入手，分析介绍其加工方式和加工特点。 关键词：关键词：啮合线 啮合节点 设计参数 加工参数 假想蜗杆 1. OTT 蜗轮副啮合原理 1. OTT 蜗轮副啮合原理 正常蜗轮副啮合如 图 1，而 OTT 蜗杆结构 图 1 采用双蜗杆对消间隙，如果仍采用普通蜗杆结构参数，则啮合齿数 将减少一半，影响蜗轮 的传动平稳性。如图 2。 OTT 蜗轮设计原理是将 蜗轮副的啮合节点由图 3 中的 A 点提高至 B 点， 增加齿顶高和齿根高系数， 图 2 从而增加啮合齿数，A 点上的圆为 蜗轮设计圆，也称为当量圆，B 点 上的圆为蜗轮啮合节圆，因此，实 际啮合线为通过 B 点的啮合线，如 图 4，需要注意的是，蜗轮副的啮 图 3 合节点变为 B 点后，蜗轮左边啮， 合线超出蜗杆外圆，A 点 以左已没有啮合点。因此， 图 4 蜗杆只能在蜗轮的右边啮合，不能采 115 用图 1 的啮合方式。也只能在蜗轮 左边啮合。同理，另一个蜗杆 图 5 为 OTT 蜗轮副啮合示意图。 图 5 2. OTT 蜗轮蜗杆技术参数2. OTT 蜗轮蜗杆技术参数 THS6350A40002 蜗轮、A4003001、A4003002 蜗杆是我公司新开发的 OTT 高精密蜗杆 蜗轮，具体技术参数如下： THS6350A40002 蜗轮（图 6）: 当量模数：mk=2.44 当量齿形角：sk=16.174 齿数：Z=120， 精度：5 级 THS6350- A40030- 01、A40030- 02 蜗杆（图 7）: 轴向模数：mS=2.3833 轴向齿形角：S=10.5 蜗杆头数：Z=2，右旋，精度：5 级 图 6 THS6350-A40030-02 蜗杆THS6350-A40030-02 蜗杆 THS6350-A40030-02 蜗杆 图THS6350-A40030-02 蜗杆 图 7 3. 蜗轮加工分析 3. 蜗轮加工分析 THS6350- A40002 蜗轮设计参数：当量模数：mk=2.44，当量齿形角：sk=16.174，齿数： 116 Z=120，分圆直径：292.8mm 根据蜗轮啮合原理以及蜗杆参数，可知蜗轮的啮合参数为：端面模数：mS=2.3833，齿形 角：S=10.5， 节圆直径： 285.996mm， 也就是说， 蜗杆节圆直径： 170-285.996/2=54.004mm， 蜗杆的啮合节点在外圆之外（图 3 中 B 点），简称外啮合，这正是 OTT 蜗轮副结构特点。 3.1 蜗轮飞刀设计、制造 3.1 蜗轮飞刀设计、制造 3. 1. 1 蜗轮飞刀设计蜗轮飞刀设计 图 8 根据以上分析， 蜗轮加工的滚刀参数不能采用蜗轮参数， 同时由于啮合节点在蜗杆外圆 以外，因此滚刀设计参数是根据假想蜗杆在啮合节点（B 点）与蜗轮啮合情况设计（图 8）。 从共轭原理知道，滚刀参数应该与假想蜗杆节圆参数相同，但装配中 OTT 蜗轮副是零间隙 啮合，由于制造和装配误差，蜗轮在转动过程中必然会有过盈啮合，啮合齿会有微量变形， 因此，蜗轮齿形就需要一定的修行，设计参数需要调整，根据经验及蜗轮蜗杆参数，飞刀设 计参数： 轴向模数 头数 节圆直径 外圆直径 轴向压力角 2.3833 2 54.753mm 56.94mm 10.5 蜗轮的齿形角只有 10.5， 后角铲磨困难， 蜗轮滚刀无法制造， 只能采用飞刀切向加工， 如图 9，飞刀为双头，考虑到后角铲磨情况，设计 成两排齿，每排齿由粗精加工齿组成，粗加工齿有 10切削锥，为了方便刀具制造，精加工齿设计一 个齿，刀齿左侧后角 0，右侧后角 10.5。 3.1. 2 蜗轮飞刀制造蜗轮飞刀制造 图 9 我们选择在螺纹磨上刃磨飞刀，刀齿左侧由于是 0 后角，加工简单；刀齿右侧后角 10.5，我们采用两倍 螺距轴向铲背磨削刀齿右侧后角，难点是齿形容易形成 鼓形形状，经过操作人员仔细调整、磨削，达到了使用 要求。图 10 为蜗轮飞刀装在 S750 机床上的图片。 3.2 蜗轮加工 3.2 蜗轮加工 图 10 117 3.2.1 蜗轮安装要求 3.2.1 蜗轮安装要求 蜗轮精度要求很高，因此，工艺严格控制蜗轮坯精度，确保蜗轮安装精度，同时零件在 机床安装后，标出零件安装的高低点，从而提供零件检测、装配的校正数据。图 11 为现场 加工图片 3.2.2 蜗轮加工方式和加工参数 3.2.2 蜗轮加工方式和加工参数 蜗轮加工安排在 S750 进口数控滚 齿机上加工，蜗轮飞刀做切向进给，飞 刀齿高从小到大，逐渐切至全齿深。蜗 轮全齿高 6.97mm，切齿按照深度分三次 图 11 切削。为了节约加工时间，切向进给行程也不同。考虑到飞刀齿数少，切削参数不宜过大， 实际加工中我们选择为： 全齿高6.97 切齿深度 mm 切向进给行程 mm切向进给量 mm滚刀切削速度 m/min 第一次切削 3.07 77.5 0.6 20 第二次切削 2.5 183 0.6 20 第三次切削 1.4 114 0.3 20 由于 OTT 蜗轮齿形需要修形，蜗轮和蜗轮飞刀的设计参数不同，因此，加工参数不能简 单根据蜗轮和飞刀设计参数进行加工，需要调整，经过计算，实际加工参数：刀具安装角 90.1 蜗轮 模数 齿数 分圆直径 齿外圆直径压力角 中心距 2.386 120 286.3mm292.7mm 10.5 171.1mm 飞刀 轴向模数头数 节圆直径 齿外圆直径轴向压力角 2.3833 2 54.75mm63.28mm 10.5 4. 蜗轮加工精度分析 4.1 蜗轮加工精度 4. 蜗轮加工精度分析 4.1 蜗轮加工精度 经过计量室检验，蜗轮由于是修形齿形，齿 形精度检测结果与标准有一定误差正常，齿距累 积误差精度达到要求，齿距极限偏差精度由于 刀具在机床上的综合误差影响，检测精度超出 标准较多，但由于齿距累计精度较高，不影响 图 12 图 12 使用，具体数据如下： 118 齿形精度 ff（m）齿距极限偏差 fpt齿距累积误差 Fp 实际加工数据 12 18 20 5 级精度数据 7 7 40 图 12 为完成加工的 OTT 蜗轮图片。 4.2 精度问题分析 .2 精度问题分析 由于刀具在机床上的综合误差影响，蜗轮的齿距极 限偏差精度超差，从计量报告上看，相临齿一个高、一 个低，是典型的刀具安装精度 误差造成的。蜗轮飞刀 为双头，一个刀头加工蜗轮一个齿，另一个刀头加工蜗 轮相邻齿，如此循环，由于刀具安装误差，造成相邻齿 图 13 图 13 一个高，一个低，如图 13 所示，同时蜗轮飞刀只有一个精切齿，加工过程中极易磨损，影 响加工精度。这些都是今后需要改进的问题。如果将此蜗轮飞刀制造成单头，发挥公司单头 滚多头蜗轮的特点，可大大提高蜗轮齿距极限偏差精度。同时，增加精切齿数量，可降低刀 具磨损情况。 5. 结语5. 结语 THS6350-A40002 蜗轮、A40030-01、A40030-02 蜗杆是我公司新开发的 OTT 高精密蜗杆 蜗轮，从零件加工精度，以及蜗轮、蜗 杆配接触面情况看，加工的 OTT 蜗轮蜗 杆满足使用要求。此次攻关成功，公司 图 14 掌握