滾齒機加工齒輪，存在需要停機進行精度檢測，或者經(jīng)過粗切半精加工工藝后，脫離機床進行其他工藝加工，齒輪需要進行再次裝夾，即二次對齒。對傳統(tǒng)的二次對齒方法進行分析，找出無法滿足如今對高精度、高效率制造的需求的誤差。提出滾齒機二次對齒方法，能實現(xiàn)自動二次對齒，很大程度提高了齒輪的加工效率，也提高了齒輪的加工精度。

　　01 引言

　　滾齒機是利用展成法加工齒輪齒形的機床，即滾齒是把其中一個轉(zhuǎn)化為具有切削能力的齒輪刀具，另一個轉(zhuǎn)化為被切工件，通過滾齒機床，強制刀具和工件作嚴(yán)格的嚙合運動。在運動過程中，刀具切削刃的運動軌跡逐漸包絡(luò)出工件的齒形。在滾齒加工過程中，齒輪存在需要停機進行精度檢測，或者經(jīng)過粗切半精加工工藝后，脫離機床進行其他工藝加工，比如淬火或其他工藝后，齒輪需要進行再次裝夾，此時滾刀與工件必須對準(zhǔn)(被加工工件與滾刀齒槽嚙合)，即二次對齒。

　　我國傳統(tǒng)的滾齒機二對齒是靠工人的經(jīng)驗，目測確定工件和工件進行對中，受人為因素較大，依賴于工人的經(jīng)驗和熟練度，遠(yuǎn)不能滿足對高精度、高效率制造的需求。隨著社會的發(fā)展，后來演變?yōu)槭褂媒佑|式測頭進行二次對齒，即用測頭分別對齒輪左齒面和右齒面進行碰觸，采集信號后進行角度計算，然后與系統(tǒng)進行交互，工作臺轉(zhuǎn)臺進行回轉(zhuǎn)一半的角度，即為工件齒槽中心，然而此種對齒方法誤差比較大，工件齒輪的每個齒形或齒槽都存在一定程度誤差，只對其中的一個齒槽進行測量，會有很大的誤差存在，進而會影響隨后的加工精度。

　　本文論述的滾齒機二次對齒裝置，結(jié)構(gòu)簡單、可操作性強、精度高、能實現(xiàn)自動二次對齒，很大程度提高了齒輪的加工效率，也提高了齒輪的加工精度。

　　02 對齒裝置工作原理及結(jié)構(gòu)

　　在實現(xiàn)二次對齒的過程中，選擇非接觸式傳感器，使傳感器正對齒形方向，工作轉(zhuǎn)臺 C 軸勻速轉(zhuǎn)動，傳感器發(fā)出脈沖信號，對齒輪齒棱位置進行記錄，然后利用所采集的數(shù)據(jù)，進行齒輪位置計算，對工件轉(zhuǎn)臺 C 軸進行位置偏移操作。在檢測不同大小工件時，可以對 X 方向進行調(diào)整，使傳感器接近或者遠(yuǎn)離工件。在根據(jù)不同工件更換不同高度工裝時，可以利用 Z 方向行程調(diào)整傳感器的高度。在滾齒加工時，傳感器需要退出加工區(qū)域，可以借助 Y 方向行程及氣缸自身行程進行退出，如圖 1 所示。

　　圖 1 對齒裝置工作原理

　　二次對齒裝置結(jié)構(gòu)主要由氣缸和感應(yīng)式傳感器組成，氣缸可以配置兩個行程開關(guān)、壓力傳感器、單向節(jié)流閥等，使運動位置更加精確，結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。氣缸的形成、重復(fù)定位精度，感應(yīng)式傳感器感應(yīng)距離及感應(yīng)曲線需要根據(jù)具體的加工工件尺寸來進行設(shè)置選擇。

　　圖 2 對齒裝置結(jié)構(gòu)

　　03 二次對齒實現(xiàn)過程

　　(1)工件在第一次進行對齒時，首先調(diào)整信號傳感器能檢測到工件的有效位置，一般有效范圍為 1 ～ 5 mm 之內(nèi)，具體感應(yīng)距離需依據(jù)檢測開關(guān)類型而定，如圖 3 所示。

　　圖 3 對齒裝置檢測原理

　　(2)增量回轉(zhuǎn)工件軸 C 軸，借助傳感器記錄工件通過傳感器時 C 軸坐標(biāo)位置。分別記錄齒輪齒楞的上升沿位置(A、C、E)，記錄齒輪齒楞的下降沿位置 (B、D、F)，需要去除掉開始和結(jié)束時不完整的齒的位置值數(shù)據(jù)，一般選擇多個位置值平均計算(由于開關(guān)量記錄數(shù)據(jù)一般為絕對值數(shù)據(jù)，所以位置數(shù)須為奇數(shù))，由此可以消除由于齒形或者齒槽誤差帶來的對齒誤差。上升沿平均位置為 C₁，下降沿平均位置為 C₂，齒輪齒數(shù)為 Z₀ 通過齒數(shù)，上升沿平均值，下降沿平均值，可以計算出某一個有效的齒輪齒槽有效回轉(zhuǎn)值 C₀，也可以計算得出齒輪齒頂有效回轉(zhuǎn)值 C₀′ 。

　　(3)對工件軸進行回轉(zhuǎn)偏移-C₀ 位置值，如圖 4 所示，虛線齒形為經(jīng)過旋轉(zhuǎn)之后的假設(shè)齒形。運動由 A 到 A′，此時，工件已經(jīng)旋轉(zhuǎn)至齒槽中心位置。如果設(shè)計需要回轉(zhuǎn)至齒頂位置，亦可通過步驟(2)中公式(4)，齒槽與齒頂關(guān)系，計算出回轉(zhuǎn)到齒頂位置的角度值。

　　圖 4 對齒回轉(zhuǎn)圖示

　　(4)調(diào)整竄刀軸方向滾刀位置。通過使用手輪調(diào)整滾齒機竄刀軸，使?jié)L刀和工件嚙合，如圖 5 所示。有些機床并不具有竄刀軸，對于沒有竄刀軸的機床，則可以通過手輪調(diào)整工件軸，使?jié)L到與工件進行嚙合，并將旋轉(zhuǎn)的位置補償?shù)?C0 值里面。

　　圖 5 滾刀與工件嚙合

　　(5)使用自動相位同步功能，開始滾齒加工。系統(tǒng)具備自動相位同步功能，主軸旋轉(zhuǎn)時，工件軸同步旋轉(zhuǎn)。若系統(tǒng)無自動相位同步功能，由于伺服會存在延遲，會有跟隨誤差存在，此誤差會隨著主軸轉(zhuǎn)速的變化而變化，一般可以通過試切后在 C0 坐標(biāo)位置進行補償。

　　對于批量生產(chǎn)的工件來說，完成第一次對齒之后，后續(xù)批量加工生產(chǎn)，只需對后處理系統(tǒng)執(zhí)行步驟(2)、(3)、(5)，即可完成一次對齒。

　　特別要說明的是，齒輪工件的齒頂位置信息是通過非接觸傳感器對齒輪上升沿以及下降沿采集的，因此會存在位置偏差，對于此位置偏差，在步驟(4)竄刀時進行消除。

　　04 應(yīng)用情況

　　此種對齒裝置的設(shè)計，廣泛應(yīng)用于本公司自主研發(fā)的產(chǎn)品 YK3132 數(shù)控滾齒機，YK3126 數(shù)控滾齒機等精密數(shù)控機床，如圖 6 所示。該對齒裝置工作穩(wěn)定可靠，幾乎能滿足目前所有客戶所加工零件的需求，客戶反饋良好。

　　圖 6 對齒裝置現(xiàn)場應(yīng)用

　　05 結(jié)語

　　本文從二次對齒的應(yīng)用需求入手，對比分析了傳統(tǒng)二次對齒方法及現(xiàn)代二次對齒方法的優(yōu)缺點， 找出影響二次對齒技術(shù)的關(guān)鍵因素，得出本文論述的方法，并對二次對齒技術(shù)的實現(xiàn)過程進行了詳細(xì)說明。二次對齒技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅提高了滾齒機加工的精度以及加工效率，也為后續(xù)進行生產(chǎn)線制造智能打好基礎(chǔ)。