基于液压驱动的数控插齿机主运动方案设计

摘 要：通过使用液压系统对数控插齿机主运动进行驱动，该系统可以有效改进传统曲柄连杆系统所产生的急回特性。由于液压驱动其本身运转特性，可实现无级调速功能。由于其输出扭矩大，大大提升了插齿机刀具变速范围，可以实现刀具的缓慢进给。由于其工作过程中起输出扭矩恒定，不会因为刀具中途停止而导致扭矩失衡所产生的机械事故。通过三维仿真对其方案进行验证，模拟插齿机运行过程中刀具行走状况，确定其是否满足插齿机使用要求。

关键词：液压驱动；数控插齿机；设计

1 引言

随着机械加工业的蓬勃发展，机械零件的精度要求逐步提高。高精度加工设备成为当前工业生产主要需求对象，利用高精度数控技术，实现机械加工机械化、自动化，大大降低了人为因素所引入各项加工误差。传统机械加工设备逐步被数控机械加工设备取代，插齿机作为当前齿轮主要生产设备，其机械结构与控制原理决定了其所具有的加工精度。针对当前插齿机工作特性，本系统从其主轴机械结构设计出发设计一种新型数控插齿机主运动系统，提高了原有设备精度及加工效率。

利用三维建模软件绘制数控插齿机主运动设计方案图，通过对数控插齿机运动原理进行分析，确定了插齿机各项运动参数与特性。在此基础上对机械主轴系统进行设计，利用三维建模与运动仿真验证了方案可行性。通过对其运动情况分析，验证其是否满足数控插齿机使用要求。

2 数控插齿机运动原理

插齿机的成型原理采用展成法来实现，使用专用插齿刀进行齿轮加工，该类刀具与齿轮具有相同外形，利用刀具上齿牙部分形成刀口对工件进行切割。切割过程中，刀具沿工件轴线方向做直线往复运动以此实现刀具对工件的切削作用。同过刀具与工件的多次“无间隙啮合运动”，工件表面逐步形成齿轮外轮廓线。

数控插齿机其切削运动特性与普通插齿机类似，其组成部分分为主运动、展成运动、切入运动三部分组成。图1位插齿机运动简图，其中Cf1、Cf2表示插齿机进给运动，并相互组合形成插齿机展成运动。Zp、Ya为插齿机切入运动。

插齿机运动功能各项参数关系表达式如下：

W/Cf2、Ya、Zp、Cf1/T

式中：W-齿坯；Cf2-齿坯的旋转运动；Ya-齿坯相对于刀具的径向切入运动；ZP-齿坯相对于刀具的轴向运动；Cf1-刀具的旋转运动；T-插齿刀。

3 数控插齿机主运动设计方案

数控插齿机主运动采用液压驱动方案，利用液压缸的收缩运动代替传统曲柄连杆驱动刀具进行上下往复运动。由于去除了伺服电机，避免了由于电动机所产生的机械故障，相比于传统曲柄连杆结构，更加稳定可靠。并由于液压缸控制相较于电动机控制更加容易实现无级变速功能，并可以停止于任意位置。图2为数控插齿机液压驱动方案图。

4 数控插齿机主运动系统三维建模

利用PRO.E三维建模软件对该数控插齿机主运动系统进行三维建模，验证其是否可以满足使用要求。首先对插齿机主运动系统各个部件进行零件图绘制，最终采用装配图将其装配完成。将建立完整的三维模型导入ADAMS2005中，通过添加各个零件组合之间的约束条件，利用该软件的仿真功能对本设计主运动状况进行各项分析（如图3）。

4.1 数控插齿机主轴运动仿真

设定各个模块参数对数控插齿机进行模拟运行仿真，对插齿刀运行状况进行实时监测。观察其运行轨迹是否满足设计要求。图4为插齿刀运行时间与位置关系，由图可知插齿机运行周期为4秒。当其达到最高位置时，测试时间为t=2s左右，并不对称。但由于齿轮在加工过程中，后续还需对齿端进行修复，由此可见该误差不会对齿轮加工造成过多的影响。

图3主轴机械系统运动模型 图4插齿刀运行时间与位置关系

5 结束语

本文所设计数控插齿机主运动系统采用了液压直驱技术，该方案有效消除了曲柄连杆机构所产生的急回特性。增强了插齿机在插齿过程中稳定性，并通过PRO/E三维建模软件与ADAMS分析软件对设计方案进行了验证确定了该方案的可行性，证明该方案可以满足数控插齿机主动系统驱动要求。

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作者简介：贾苏书（1974.4-），男，安徽萧县人，工程师，1996年毕业于安徽理工大学机械专业，本科学历，现工作在安徽淮海实业发展集团有限公司淮北供销分公司，主要从事大型机电设备技术工作，已发表论文1篇。