YK75系列齿轮成形磨削机床及关键性技术研究

韩彦科

（陕西秦川精密数控机床工程研究有限公司，西安 710018）

0 引言

为满足市场发展需求，实现高精度RV减速器、行星减速器、工程机械轮边减速器、汽车轮边减速器等产品中的高精度硬齿面直齿、斜齿内齿轮以及精密外齿轮的成形磨削加工，急需研究并开发出具有我国自主知识产权的成形磨齿机和成形磨削技术。要提高行星轮系的制造精度，增加它的承载能力，关键要解决硬齿面内齿轮的高效率磨削问题。依托陕西秦川机床工具集团雄厚的技术支持和人力资源保证，对内齿轮成形磨削工艺及装备技术进行了系统研究。

1 机床简介

YK75系列内齿轮成形磨削机床主要适用于加工直径范围为80～600 mm的高精度直、斜齿内齿轮及其它任意齿形工件，如摆线齿轮、渐开线花键、矩形花键、圆弧齿轮等。该系列机床的主要技术指标、总体方案概述如下：

1）机床采用纵向布局，床身、立柱、转盘、工作台均具有良好的结构及传动刚性，保证机床高精度、高可靠性和低噪声。

2）机床工作台及螺旋角转盘采用双导程蜗轮副，并配以高精度角度编码器，进行全闭环控制，可大大提高分度精度。从而保证齿轮的相邻及累计误差。Z轴、X轴均采用一体式直线编码测量系统的高精度直线滚动导轨，并配以高刚度精密滚珠丝杠形成全闭环控制，实现高精度、高刚性的稳定进给。从而保证齿轮的齿向精度及可进行齿向的修形。

3）机床具有6个伺服控制轴，可实现六轴三联动。

4）机床的液压和冷却均采用单独油箱，并配备有磁性分离装置的纸带过滤机，可及时带走切屑和热量，利于机床加工精度稳定。

5）机床采用全封闭防护装置，并配以静电吸雾装置，使机床工作环境更加清洁环保。

2 主要研究内容

1）基于模块化设计原理，进行了内齿轮成形磨齿机模块化设计。以Pro/E 5.0为开发平台，以骨架模型为建模框架，逐级研发。建立了成形磨齿机各级模块的全参数化三维模型，在此基础上对机床的零部件进行优化设计。

图1

2）对关键零部件的结构利用ANSYS分析软件进行静力和动态分析。尤其是对大立柱的刚性做出了大量的研究和分析工作，大立柱的刚性是齿轮的齿向精度的重要保证，其中筋板的布局形式以及支撑点的选择是重中之重。另外，砂轮架的结构采用倒C型结构，此种结构对自身刚性和热稳定性要求很高，试验证明不同温度下砂轮架的最大偏移量在0.08 mm左右，严重影响了齿轮的齿向精度。另外通过大量的有限元分析和改进，优化并建立了高刚度的砂轮架结构。

3）高刚度高转速磨削头的设计研发。由于内齿轮自身磨削工艺的局限性，必须使磨头要置于内齿轮内腔，这就决定磨头要具有高刚度、小尺寸特点。通过反复的方案评审最终实现了适合砂轮高转速下的高刚度结构。

4）研究和探索渐开线廓形砂轮的修整方法，基于渐开线形成原理，采用“U、V轴直线插补”的砂轮数控修整装置。各插补轴均配有高精度直线光栅尺，插补精度控制在0.01 mm以内。从而保证了齿廓形状误差在各精度等级范围之内。

5）通过大量的现场试磨工作研究总结了多套内齿轮成形磨削工艺，例如单面磨削、双面磨削以及跳齿磨削等成形磨削工艺。磨齿工艺的选择及制定不仅影响磨齿效率，而且影响齿面的轮廓精度和表面粗糙度。本文基于所开发的YK75系列成形磨齿机床，主要研究砂轮的截形计算、砂轮的选择及修整、双导程蜗轮副的分度精度以及在U、V轴半闭环状态下的砂轮修形补偿等工艺性问题。

6）分析研究了影响成形磨齿质量的因素，主要包括齿形精度、齿向精度、相邻及累计误差、齿面粗糙度、齿面磨削烧伤等。针对以上问题基于西门子840D SL系统开发了整套内齿轮成形磨削软件、齿向修形软件、砂轮修整程序以及在半闭环状态下的砂轮截形优化软件等。

3 研究成果展示

1）YK75系列齿轮成形磨削机床的研制成功可改变我国成形磨齿机依靠进口的局面，促进我国齿轮制造业的发展。此类机床已得到系列化的开发，可满足我国现有齿轮类零件的加工及精度要求。

2）双导程消隙蜗轮副的加工、装配及分度精度已满足高精度RV减速器、行星减速器、工程机械轮边减速器、汽车轮边减速器等产品中的高精度硬齿面直齿、斜齿内齿轮的生产，以及精密外齿轮的成形磨削加工。

3）磨削工艺的多样化。根据产品的加工难易程度以及磨削过程中出现的相邻及累计误差可选择单面磨削、双面磨削以及跳齿磨削等成形磨削工艺。

4）砂轮截形的计算和补偿（全闭环），齿向修形软件以及半闭环状态下的砂轮截形优化软件等。

5）高效的砂轮修形软件及智能化操作界面的开发，使操作者更加高效高质量地完成齿轮类零件的加工。

［1］ 任小中，邓效忠，苏建新，魏冰阳.内齿轮成形磨削及砂轮修形技术的研究［ J］.中国机械工程，2008，19（ 22） ：2467-2469.

［2］ 邓效忠.一种内齿轮成形磨齿机：ZL200520030867.8［P］.2006-06-21.

［3］ 西安交通大学机制教研室．磨齿工作原理［M］．北京：机械工业出版社，1977：25-26．