大型数控滚齿机刀架精度调整及检测方法探讨*

兰 辉 郭小艳 李武斌杜晓峰高俊峰

(①秦川机床工具集团股份公司，陕西 宝鸡 721009;②宝鸡石油机械有限责任公司，陕西 宝鸡 721002;③国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西 宝鸡 721002)



大型数控滚齿机刀架精度调整及检测方法探讨*

兰 辉①郭小艳②③李武斌①杜晓峰①高俊峰①

(①秦川机床工具集团股份公司，陕西 宝鸡 721009;②宝鸡石油机械有限责任公司，陕西 宝鸡 721002;③国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西 宝鸡 721002)

针对大型数控滚齿机滚刀架精度调整困难及滚刀轴轴线与活动支撑孔重合度检测不方便的问题，分析了现有国标GB/T25380-2010中推荐的测量方法对于大型数控滚齿机不适用的原因。提出了一种新的检验方法，并阐述了详细的检测步骤。此方法不仅测量原理符合检测要求，而且量具制造简单、测量准确、易于调整装配精度；并为国标GB/T25380-2010的修订提供参考。

数控滚齿机; 滚刀架精度;检测; GB/T25380-2010

世界机床正朝着高速、高精、智能及复合等方向发展，从21世纪初以来，大型数控滚齿机在矿山、冶金、机车、船舶等行业应用广泛，发展迅猛，不仅是制齿行业所必需的产品，也是国家制造战略发展不可或缺的产品。滚齿机加工齿轮精度的好坏，刀架是至关重要的零部件之一，滚齿机刀架的精度调整是影响齿轮加工精度的重要因素之一[1-2]。目前，大型数控滚齿机的制造厂商中，国外主要以美国格里森公司及德国利勃海尔公司为代表，而国内主要以重庆机床集团及武汉重型机床集团为代表。我国与国外在设计理念、工艺制造方法及精度检验方法等方面都有一定的差距。近年来，笔者公司承担了多项国家重大科技专项任务，旨在攻克相关主机核心部件制造难题，优化主机制造装配工艺，增强我国高档数控机床和基础制造装备的自主创新能力。

1 问题的提出

目前，我国的滚齿机精度检验标准按照国标GB/T25380-2010执行，在检验活动支撑孔与滚刀主轴轴线重合度的方法中(G10)，采用如图1所示的重合度量具进行检测， 该量具主要由带锥头检验棒与检验套两部分组成。检测示意图如图2所示。

具体检验步骤如下[3]：(1)固定指示器，使其测头依次在a、b两个垂直平面内尽可能靠近活动支承处触及检验棒(L7为滚刀刀轴端部至检验棒伸出端测量点的距离)。滚刀主轴轴线调至竖直位置。(2)在每个测量方向调整检验棒至其径向跳动平均位置。(3)在a、b位置，当检验套进入和退出活动支承孔时进行检验。(4)误差以检验套进入时产生的重合度误差加上检验套和检验棒的间隙之半计。注意：也可在滚刀主轴回转时进行此项测量。

此标准只适用于加工规格为(φ80～2 000)mm齿轮的滚齿机，而未涉及加工规格超过φ2 000 mm齿轮的滚齿机，若继续按照GB/T25380-2010推荐的方法测量，则存在以下问题：

(1)重合度量具制造难度大，加工成本高，不易控制自身精度。

(2)测量时，需要将滚刀主轴轴线调至竖直位置，而大型数控滚齿机的刀架体积大，重量重，操作不方便。

(3)重合度量具总长L需大于990 mm，检验套长度160 mm，检验套在检验棒上有效测量滑动长度L1≤400 mm，且至少>320 mm，因此量具自身的挠度问题带来的误差不易消除，以及量具自身的制造误差造成的检验套和检验棒之间的间隙不易控制，易造成测量结果失真。

另外，装配活动支撑孔支座时，必须修刮活动支撑支座与滑座结合面来调整刀架主轴孔轴线与活动支撑孔轴线的重合度，所以修刮时需将刀架部件平放，保持滚刀主轴轴线为水平方向；而测量时，必须将刀架竖直放置，保证滚刀主轴轴线处于竖直位置。大型刀架部件的安装需要反复进行修刮及精度检测，上述方法存在的吊装问题就尤为突出。如何能更容易地做精度、更加方便地测量、更加准确地测量，不仅仅是一个执行标准依据的问题，而且还是一个非常现实的工程实践问题。

2 问题的分析

检测活动支撑孔轴线与滚刀主轴轴线的重合度精度时，GB/T25380-2010标准中也提到了可用水平测量的方法，但要消除长量具的挠度带来的测量误差。

依据一个长V形铁所限制的自由度与两个短的V形铁所限制的自由度相同的原理[4]，提出采用两件长度较短的等直径量具代替国标中一件长度较长的量具的方法，该方法不仅能够解决长量具的制造难题，而且测量原理及检测方法的合理性也适合此项精度的检测要求。

3 问题的解决

针对以上问题，提出一种适合检测加工规格超过φ2 000 mm齿轮的滚齿机刀架活动支撑孔轴线与滚刀主轴轴线重合度的方法，并设计出一套满足该方法测量所使用的测量量具。该套量具主要包括锥柄等径量棒、直柄等径量棒、测量底座与测量角铁四部分，具体结构及检测示意图如图3所示。

检测方法及步骤：

(1)将具有7：24锥度的等径量棒1装入滚刀主轴锥孔中，检查量棒与锥孔接触情况，要求接触≥90%。

(2)检测量棒靠近滚刀主轴锥孔端面处外圆径向跳动值，要求≤0.002 mm。

(3)检测量棒远离滚刀主轴锥孔端面300mm处外圆径向跳动值，要求≤0.008 mm。

(4)将直柄等径量棒2装入刀架末端活动支撑孔中，旋转量具，检查量棒靠近支撑孔端面处外圆径向跳动值，要求≤0.002 mm。

(5)检查量棒远离支撑孔端面300mm处(靠近滚刀主轴锥孔方向一侧)外圆径向跳动值，要求≤0.008 mm。

(6)以上五项分别测量，合格后，使用锁紧螺母锁紧活动支撑孔内的直柄等径量棒，使用拉杆螺栓锁紧主轴锥孔内的锥柄等径量棒1。

(7)先校正测量底座3的导轨与等径量棒平行，即将千分表座吸于测量角铁4上，千分表头调整至锥柄等径量棒的水平面内高点a母线上，然后用锥柄等径量棒靠近主轴锥孔端面处的a点和直柄等经量棒靠近活动支撑孔端面处的a点来调整测量底座3的导轨与两量棒轴线在水平面内的平行度，保证平行度要求在0.003 mm以内，之后，千分表光触及于量棒侧母线之位置(a向检测示意图位置)，测量角铁沿测量底座导轨左右移动，从刀架主轴锥孔端面处至活动支撑孔端面处之间，以千分表显示数值之差的绝对值，即为量具在a方向中心这偏差；同理，千分表头触及于量具b位置测出量具在b方向的中心之偏差；计算时，以量具在a、b两方向偏差的较大值即为活动支撑孔与滚刀主轴轴线的重合度偏差。

4 生产验证

采用上文中所提出的新方法，并使用所设计的量具完成了笔者公司承担的国家科技重大专项中的某大型数控滚齿机刀架精度调整与测量工作,现场照片如图4所示。

所得到的测量结果见表1所示，由表可知刀架活动支撑孔轴线与滚刀主轴轴线重合度为0.015mm，满足设计验收要求(设计要求值：0.019mm)。使用此方法测量并装配完成刀架部件及整机，经过机床空运转及齿坯试切后，所生产的齿轮满足要求，并且整机运行正常，从而证明了所采用的测量方法及所设计的量具的合理性。

表1 某大型数控滚齿机活动支撑孔与滚刀主轴轴线重合度的测量数据

测量项目名称测量值/mm要求/mm判定锥度等径量具与滚刀主轴锥孔接触面积90%≥90%合格锥度等径量具靠近主轴端面径向跳动0.0015≤0.002合格锥度等径量具远离主轴端面300mm径向跳动0.005≤0.008合格直外圆等径量具靠近支撑孔端面径向跳动0.002≤0.002合格直外圆等径量具远离支撑孔端面300mm径向跳动0.005≤0.008合格量具在a方向中心差0.015≤0.019合格量具在b方向中心差0.012≤0.019合格活动支撑孔与滚刀主轴轴线重合度公差0.015≤0.019合格

5 结语

采用新设计的测量量具，实现了大型数控滚齿机活动支撑孔与滚刀主轴轴线重合度的测量,直接验证了本文提出的测量方法是正确的。

(1)所设计的测量量具结构简单，制造难度小，加工成本低，解决了量具自身的挠度问题，提高了测量精度。

(2)测量与修刮工作可在一个工位状态下完成，解决了倒工位导致的吊装等繁冗操作，既提高了机床装配效率，又降低了工人的操作难度与劳动强度。

(3)补充了国标GB/T25380-2010的测量范围，为后期该国标的补充修订提供借鉴。

[1]李立强,马蕾,王梅.滚刀架的减振结构设计[J].制造技术与机床,2014(5):51-52.

[2]李立强,姜辉.数控滚齿机滚刀架传动结构设计[J].制造技术与机床,2012(5):87-88.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫局．GB/T 25380-2010．数控滚齿机 精度检验[S]．北京：中国标准出版社，2010：1-8．

[4]王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社，2004.

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Discussion on precision adjustment and test method for tool holder of large-scale CNC gear hobbing machine

LAN Hui①,GUO Xiaoyan②③,LI Wubin①,DU Xiaofeng①GAO Junfeng①

(①Qinchuan Machine Tool&Tool Group Corp, Baoji 721009,CHN;②CNPC Baoji Oilfield Machinery Co., Ltd.,Baoji 721002,CHN;③National Oil&Gas Drilling Equipment Research Center, Baoji 721002,CHN)

Aiming at the issues about difficulties of precision adjustment for tool holder and inconvenient coaxial degree test between hob shaft axis and active supporting hole of large-scale CNC gear hobbing machine, the reason why the recommended test method in current national standard GB / T25380-2010 is not applicable for large-scale CNC gear hobbing machine is analyzed.A new test method is proposed and detailed test procedure is presented in the paper.The test principle of the method meets test requirements, test tool is easy to manufacture, the method is accurate and is easier to adjust assembly precision.Furthermore, the reference for revision of the standard GB/T25380-2010 is provided.

CNC gear hobbing machine; hob precision; test method; GB/T25380-2010

* 国家科技重大专项项目"高效、高精齿轮机床产品创新平台" ( 2012ZX04012032)

TH162

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.11.001

兰辉，男，1985年生，工程师，主要从事大型数控机床加工制造及装配检测等方面的技术研究工作，已发表论文5篇。

(编辑 谭弘颖)

2016-04-12)

161108