XK2116数控龙门镗铣床工作台斜齿轮、齿条测绘

李仁杰，李红兴

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

XK2116数控龙门镗铣床工作台斜齿轮、齿条测绘

李仁杰，李红兴

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

XK2116数控龙门镗铣床经过20多年运行，机械传动部分磨损严重，X轴方向定位精度超差。通过对工作台传动系中斜齿轮、齿条的测绘加工，降低了斜齿轮、齿条的啮合间隙，提高了工作台 X方向的定位精度，保证了加工件的加工精度。

龙门镗铣床； 啮合间隙；定位精度

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.007

CLC NO.: U469.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-19-02

引言

某重型汽车有限公司装备车间，有台XK2116数控龙门镗铣床，为武汉某重型机床厂1993年产品，至今已运行二十余年。现机床工作台X轴全长定位精度测量结果为0.5，而机床合格证要求定位精度P1000＜0.035，已严重超差。

机床工作台驱动为三相交流伺服电机传动齿轮箱，再通过双斜齿轮传动工作台下方安装的斜齿条作直线往复运动。而机械方面影响工作台定位精度最大的因素则为斜齿轮、齿条的传动精度、啮合间隙。而为了判断斜齿轮、齿条的啮合间隙是否合格，则需要知道机床工作台安装的斜齿轮、齿条的齿形参数、设计尺寸。由于某些原因，机床随机资料缺失，而向机床生产厂家索取图纸未果。于是，我们决定自行测绘测量，绘制零件图纸，再进行零件尺寸判定。

1、斜齿轮、齿条的测绘

1）斜齿轮啮合传动的基本条件：mn1=mn2=mn，αn1=αn2=αn，βf1=-βf2。法向模数、法向压力角相等，分度圆螺旋角大小相等，方向相反。

2）测量斜齿轮的尺寸：z1=15，螺旋方向，右旋，齿顶圆直径Da=138，测量公法线尺寸，

Wk=2=37.085，Wk=3=60.715,齿高h=19。

测量的斜齿条尺寸，齿高h=19.5，用万能角度尺测量齿条法向压力角αn2=20°，可以断定齿轮法向压力角αn1=20°，齿条旋向，左旋，齿条法向齿距 Pn=25.16，齿条端面齿距Pt=25.62。

3）确定模数

再按齿轮基节 tj= Wk=3- Wk=2tj=60.715-37.085=23.63,再按标准齿轮基节 tj=Πmncosαn=23.617,得 mn=8；再按法向齿距 Pn=Πmn=25.133，再按 20Pn=502.654进行复测，尺寸一致。而车间游标卡尺测量范围为0-500mm，且齿条宽度为110。

测量时，卡尺跨测20个法向齿距，Pn=20=502.66，由此，可以判定，模数mn测量无误。

4）确定分度圆螺旋角β

由于齿轮与齿条啮合，因此确定了齿条的螺旋角（斜角）即确定了齿轮的螺旋角。

学习过程与方法的质疑集中体现在授课阶段，授课时教师根据预习提纲进行精心提问、设问，将各个知识点分解，引导学生围绕各个知识点进行讨论.学生经过激烈的讨论，以及动手实践过程，主动的去发现问题，提出自己的疑问，通过与同学、教师的交流，去解决问题，从而加深对所学内容的理解，提高应用所学知识去解决实际问题的能力.学生在这一过程中所暴露的缺点与不足，教师要适时地加以纠正与引导.

由于齿条齿形为直齿廓，倾斜方向为直线，我们用万能角度尺测量斜角βf=10°。但很快发现，不同的测量人结果不一致，可以测出βf=10°，11°，11°30′，12°的测量结果。但是，作为数控机床，工作台传动的斜齿轮、齿条的精度等级不会低于GB10095-88标准的6级精度，即大家的测量结果必须一致，且结果须小于10′。那么问题出在哪里，怎么解决？

螺旋角βf的精确测量

由于某些原因，齿条不能用三座标或座标镗等精密设备测量，我们只能考虑用现有的工具来满足现场测量技术要求。测量斜齿条的端面齿距，按公式 Pn=Πmn/cosβf，但是工具室只能提供0-500游标卡尺。由于齿条全长L=6000，我们不考虑用卷尺测量。那么，怎么才能有效、经济且精密地测量斜齿条的螺旋角呢？即钢球法测量，如图示：

即用一精密量块贴紧齿条左端面，用502胶固定，齿槽放置2-Φ15.09钢球，同样用502胶固定，放置时尽量靠近齿条两端面处，距两端端面约5-10mm处，以利外径千分尺测量。测量时，不能与齿槽两侧面相接触，要求量块两侧面平行度、平面度＜0.005。测量时，用外径千分尺测出 36.1尺寸，然后测出115.12尺寸，接着去掉量块，测出95.45尺寸，计算：

cosβf=(115.12-36.1)/(95.45-15.09)=79.02/80.36

βf=10.4779279=10°28'40.54"

我们在此不做误差分析，只要钢球、量块精度很高，再配置精密指示表千分尺，就完全可以得出准确满意的测量结果。此方法也可以用于斜齿条零件加工过程中的精密测量。测量时，钢球放置于齿条两端处的齿槽中，因为此处齿条磨损最小。对于齿条磨损的检测，此处不再叙述。

端面压力角tanαt= tanαn/ cosβf=0.3639702343/0.9833255138=0.3701421647得αt=20°18'41.9"

相当齿数z′= z invαt/invαn渐开线函数invαn= tanαnαn=0.006 149 8

Invαt=0.01563720544 z′=15.73752284

k=αnz′/180°+0.5

k=2.2486 取k=2，k=3分别计算齿轮公法线尺寸

Wk=2=37.189 Wk=3=60.801

现场我们实测齿顶圆直径 Da=138，测量公法线尺寸，Wk=2=37.085，Wk=3=60.715。实测值减去测绘参数计算值得ΔWk=3=-0.086，认为是齿轮设计及制造误差所致。测量的齿顶圆尺寸，在精密齿轮加工制造中，只作为工艺基准，不作为测量基准，在加工制造过程中对外圆尺寸不作严格要求，因此我们不予考虑。用钢球法测量，大家在测量过程中所测的测量数据完全一致，没有任何争议。接下来绘制齿轮图纸，确定齿轮精度等级等，按有关齿轮设计手册即可。

2、结论

斜齿轮、齿条的测绘是一项比较复杂的工作，必须认真细致地测量各种数据，反复计算，才能比较准确地还原齿轮设计的本来面目，从而能够生产或者研制出该齿轮副的目的，以满足产品或设备技术要求。

[1] 吴宗泽.机械设计实用手册(第二版)[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2] 郁明山.齿轮手册(第二版)[M].北京：机械工业出版社，2004.

Helical Gear And Rack Of The XK2116 NC Boring And Milling Machine For Longmen Workbench Mapping

Li Renjie, Li Hongxing
（Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

After 20 years of operation，the mechanical transmission of the XK2116 NC Boring And Milling Machine For Longmen is seriousand the position accuracy of The X axis is poor. Through the transmission helical gear and rack of the surveying And mapping processing,reducing the engagement gap of the helical gear and the rack, Improve the positioning accuracy of worktable in the X direction,to ensure the accuracy of the workpiece processing.

NC Boring And Milling; Machine For Longmen; engagement gap; positioning Accuracy

U469.6

A

1671-7988（2015）09-19-02

李仁杰，就职于陕西重型汽车有限公司汽车总装配厂。