滚刀架的减振结构设计

李立强 马 蕾 王 梅

(齐重数控装备股份有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161005)

1 传动滚齿机滚刀架

目前，我国滚齿机滚刀架的主传动一般使用齿轮传动结构，各传动轴使用滚动轴承定心。由于滚动轴承的滚动摩擦系数和滚动摩擦阻尼力非常小，同时成对啮合的齿轮之间存在有齿侧反向间隙，在滚齿机的滚齿加工过程中，高速滚刀在高频断续切削状态下滚切齿轮工件时，由于滚动轴承的滚动摩擦阻尼力无法克服滚刀断续切削时产生的反作用力，使滚刀在高速旋转滚切齿轮时产生高频振动。其振动频率与滚刀的转速和齿数相关，振幅与滚切力的大小有关，滚刀再将其振动通过主轴传递给主传动箱各轴乃至整个滚刀架，滚刀架带动滚齿机整体一起共振。滚刀的振动使被加工齿轮的表面呈现非常明显的波纹状，使被加工齿轮的表面粗糙度和精度以及滚刀的工作寿命都大大降低，尤其是在被加工齿轮的模数、直径和厚度较大时，由于滚刀的磨损非常严重，一把滚刀无法完成一个齿轮全部齿的加工，中途必需停机，在更换滚刀的刀片或磨刀后，滚刀才可以继续使用，滚齿机才能继续加工齿轮工件，由于齿轮加工过程中间隔较长，在继续加工齿轮工件前，滚齿机还需要重新预热至机床的热稳态温度，以避免在滚齿机不同的温度下工作时，影响齿轮工件的精度。上述过程既费时又费力，滚刀的振动问题严重影响了滚齿机的生产效率和加工精度。

通过增加主传动箱飞轮惯量和降低滚齿机加工参数的办法，虽然对主传动箱的减振能起到一定程度的效果，但不能根本性的解决滚刀的振动问题。首先，由于主传动系统整体结构的限制，飞轮的直径和质量不可能制作得非常大，否则，会使得滚刀架主传动电动机的规格和主传动系统的齿轮模数增大，使主传动箱整体变得非常庞大，使机床的成本大大增加，机床的性价比却因此而显著降低。其次，随着刀具制作工艺的发展和进步，滚刀的额定切削线速度越来越快，使传统滚齿机主传动的振动问题越来越突出，使用降低滚齿机加工参数的办法将严重影响滚齿机的加工效率、生产周期和成本。

2 新型阻尼减振

为了解决上述问题，笔者公司研制了滚齿机主传动箱的阻尼减振结构，如图1 所示。通过该结构使滚齿机的主传动链增加了阻尼力可调整的阻尼环节，通过该阻尼环节来克服断续切削时滚刀的高频振动，达到了滚齿机滚刀架主传动系统减振的目的。该阻尼结构的使用可以大大提高滚齿机的加工参数和生产效率，降低滚齿机的加工成本。

该阻尼结构是通过对主传动箱的大齿圈处增加薄齿圈、压环和碟形弹簧，其中，薄齿圈的齿数比大齿圈多一齿，并对该薄齿圈进行负变位，大齿圈和薄齿圈同时与小齿轮啮合传动，由于薄齿圈与大齿圈之间存在齿数差，因此使得大齿圈和薄齿轮产生转速差，大齿圈和薄齿轮之间产生相对旋转运动。另一方面，在薄齿圈的外侧增加了压环和碟形弹簧，使用碟形弹簧对压环、薄齿圈和大齿圈施加正压力，在大齿圈和薄齿轮之间相对旋转运动时，使压环、大齿圈和薄齿圈三者之间产生滑动摩擦力，该滑动磨擦力即是阻尼减振结构的阻尼力，通过该阻尼力平衡滚刀在断续切削时产生的反作用力。经过计算后确定碟形弹簧的规格和组数，保证阻尼力在大于滚刀断续切削产生反作用力，使滚刀断续切削反作用力不能引起滚刀架的高频振动的同时，又使得主传动箱主电动机的摩擦功率损耗的最小，滚齿机的工作效率最高，使滚齿机的旋转切削主运动平稳而又高效。

该阻尼结构由压环1、碟形弹簧2、定位套3、螺钉4、齿轮5，薄齿圈6、软带7、耐磨套8、大齿圈9 等组成。主传动箱阻尼结构是:齿轮5 同时与大齿圈9、薄齿圈6 啮合传动，薄齿圈6 的齿数比大齿圈9 的齿数多一齿，为避免薄齿圈6 与齿轮5 啮合时干涉，将薄齿圈6 进行负变位，薄齿圈6 的内孔与耐磨套8 的外圆柱面为滑动间隙配合，耐磨套8 的内孔与大齿圈9 左侧凸台过盈配合，在薄齿圈6 的两侧粘接有软带7，压环1 通过多组碟形弹簧2 被压紧在大齿圈9 的左端面上，碟形弹簧2 的内孔套在定位套3 的定心外圆柱面上，定位套3 的芯部装有锁紧用螺钉4。

阻尼力的调整过程:锁紧螺钉4 将多个均布的定位套3 锁紧在大齿圈9 左端面上，使定位套3 压缩碟形弹簧2，碟形弹簧2 压紧压环1，压环1 将压紧力通过薄齿圈6 和软带7 作用在大齿圈9 的左端面。由于大齿圈9 的齿数比薄齿圈6 的齿数少一齿，在齿轮5与大齿圈9、薄齿圈6 同时啮合传动时，在大齿圈9 和薄齿轮6 之间必然产生相对旋转运动，碟形弹簧2 对压环1 施加的正压力的大小，通过调整定位套3 的长度来控制，该压紧力使两侧粘接有软带7 的薄齿圈6、压环1 和大齿圈9 之间均产生滑动摩擦阻尼力，通过该滑动摩擦阻尼力来克服滚刀在断续切削时产生的反作用力。通过计算相应确定碟形弹簧2 的规格和组数，使该阻尼结构在克服滚刀高频振动的同时，又保证主电动机的功率损耗最小。

3 结语

通过研制滚齿机主传动的阻尼减振结构，使滚刀架主传动结构增加阻尼环节，通过该阻尼环产生的阻尼力克服了滚刀在断续切削时产生的反作用力，从而消除滚刀的高频振动，避免了滚刀架带动滚齿机整体一起共振的现象。该阻尼减振结构大大提高了加工齿轮工件的表面粗糙度和精度，延长了滚刀的使用寿命，有效地防止了滚齿机打刀事故的发生。