賈建民

摘要：插齒機(jī)作為齒輪加工的專(zhuān)用機(jī)床，在機(jī)械行業(yè)一直備受人們的關(guān)注；其性能、質(zhì)量、加工效率水平的高低，直接影響著機(jī)械裝備的性能和效率，進(jìn)而關(guān)聯(lián)企業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而具有急回特性的插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的廣泛采用，對(duì)提高插齒機(jī)的總體水平具有重要的意義。本文通過(guò)對(duì)一些資料的整理與分析，就國(guó)內(nèi)外一些研究現(xiàn)狀作出論述和分析。

關(guān)鍵詞：插齒機(jī)；主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；急回特性；研究與設(shè)計(jì)

具有急回特性的插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為機(jī)械零部件的重要組成部分，對(duì)于其特性的研究與設(shè)計(jì)一方面可以有效的保障機(jī)械零部件正常運(yùn)作，提高機(jī)械的運(yùn)作效率；另一方面可以加強(qiáng)對(duì)零部件質(zhì)量的管理，有利于技術(shù)手段升級(jí)。

1.插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀及重要意義

1.1.插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

對(duì)于插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀的研究，不妨先了解傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，如此就可以與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生對(duì)比，并發(fā)掘其進(jìn)步之處。通過(guò)對(duì)相關(guān)零部件的研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中其急回特性的性能主要取決于各桿件的尺寸及位置。然而一個(gè)完整零部件中桿件數(shù)目往往比較的繁雜，所以，成為傳統(tǒng)插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。在此問(wèn)題的處理上主要有圖解法和解析法兩種，前者形象直觀(guān)反映工況，后者主要運(yùn)用解方程組確定桿件的未知變量。由于圖解法設(shè)計(jì)量非常大，難以排除誤差，而解析法也因?yàn)榉匠探M往往是高度非線(xiàn)性，而且約束條件多，需要進(jìn)一步的改進(jìn)，采取最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使問(wèn)題得到妥善的解決。

傳統(tǒng)插齒機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（主切削）大多采用曲柄盤(pán)連桿和曲柄盤(pán)連桿加滑塊的結(jié)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有以下主要不足：

（1）切削速度為接近正弦波的曲線(xiàn)，無(wú)急回特性，影響切削效率（圖一）。

（2）切削力的分力比較大。

（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噪音大。

（4）行程受限，不能加工大齒寬的齒輪。且行程調(diào)整十分困難。

（5）裝配和維修困難。

1.1.2優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

（1）方法：針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案之中存在的不足之處，個(gè)人認(rèn)為可以從直接解法和間接解法兩個(gè)主要方面進(jìn)行著重的把握：①所謂直接解法，顧名思義就是指在一定設(shè)計(jì)可行區(qū)域且滿(mǎn)足不等式約束等條件的情況之下，直接求出問(wèn)題的最優(yōu)化范圍，這種方式比較的簡(jiǎn)單，但是，對(duì)于一些特殊問(wèn)題的其運(yùn)算量相對(duì)來(lái)說(shuō)比較的大。有鑒于此，一般說(shuō)來(lái)多運(yùn)用于求解只含有不等式約束的優(yōu)化問(wèn)題。②所謂間接解法，主要是指將約束問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多種無(wú)約束問(wèn)題進(jìn)行求解，一般說(shuō)來(lái)這種方式可以很方便的處理等式約束和不等式約束的問(wèn)題，另外由于該方式可以有效的選擇無(wú)約束方法，所以，在現(xiàn)階段的運(yùn)用非常的廣泛。

（2）案例：在圖一中，矢量F1小于等于F-F2，當(dāng)F2趨近于零時(shí)，F(xiàn)1趨近于F。液壓沖程插齒機(jī)就具有這種特性。

液壓沖程插齒機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械沖程插齒機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用計(jì)算機(jī)控制下的伺服閥，可調(diào)節(jié)油缸活塞實(shí)現(xiàn)快速返回，工作速度與返回速度之比可達(dá)1：4。

（2）切削效率高：由于液壓沖程插齒機(jī)的切削直接用液壓油缸驅(qū)動(dòng)（圖二），活塞的運(yùn)動(dòng)方向與切削的方向一致，所以，幾乎沒(méi)有徑向分力。構(gòu)件中間環(huán)節(jié)少，故剛性好。而油缸的切削力大，可進(jìn)行大徑向進(jìn)給和大圓周進(jìn)給切削。

（3）刀具切削時(shí)的速度基本是勻速，該結(jié)構(gòu)相對(duì)曲柄盤(pán)連桿和曲柄盤(pán)連桿加滑塊的結(jié)構(gòu)，刀具的切屑速度可提高25%-50%。大型液壓沖程插齒機(jī)的速度曲線(xiàn)見(jiàn)圖三。

（4）由于切削平穩(wěn)，有利于提高刀具的使用壽命。

（5）行程及刀位調(diào)整方便。使用中基于PLC的控制，只需輸入上下刀位的數(shù)值，行程就調(diào)整好了。

（6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。相對(duì)曲柄盤(pán)連桿和曲柄盤(pán)連桿加滑塊的結(jié)構(gòu)，液壓油缸直接連接刀架體，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、構(gòu)件數(shù)量少、剛性好。便于制造、安裝和維修。

（7）噪音低。

（8）由于刀架不受徑向分力的影響，刀軸及其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)磨損大大減輕，從而延長(zhǎng)了大修周期。降低了費(fèi)用。

1.2.插齒機(jī)具有急回特性主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要意義

插齒機(jī)作為齒輪加工的工作母機(jī)，其質(zhì)量及效率的高低直接影響著齒輪的質(zhì)量狀況，進(jìn)而影響到與齒輪相關(guān)的各類(lèi)機(jī)械的總成質(zhì)量。面對(duì)世界范圍內(nèi)日漸激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，如何才能有效的提高機(jī)械總成質(zhì)量是保障企業(yè)生產(chǎn)的決勝之策。有鑒于此，各行業(yè)對(duì)齒輪機(jī)床的設(shè)計(jì)要求也愈漸升高，所謂插齒機(jī)運(yùn)動(dòng)的急回特性主要體現(xiàn)在加工刀具的快速返回方面，可以有效提高刀具由上至下切削后快速返回上起點(diǎn)的速度，提高運(yùn)行效率。從國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀分析，我國(guó)這方面的技術(shù)還比較的落后，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)之中處于劣勢(shì)。有鑒于此，如何提高具有急回特性的插齒機(jī)利用效率，具備了一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2.插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求

2.1.保持均勻的切齒工作

由于插齒機(jī)的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由刀架、刀軸及相關(guān)驅(qū)動(dòng)部件組成，而刀軸的驅(qū)動(dòng)方式直接影響到切齒的運(yùn)行狀態(tài)。所以，采用更加合理的驅(qū)動(dòng)方式尤為重要。就傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案而言，需要留出一部分切入或者是切出的自由行程，只有這樣才能夠保證刀具在由上至下完成切削的過(guò)程具備比較均勻的速度。正是由于這一因素，設(shè)計(jì)師在插齒機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該通過(guò)一定的技術(shù)手段改善其穩(wěn)定性能，保持均勻的切齒工作，從而有效的達(dá)到提高插齒機(jī)工作效率和保證被加工齒輪質(zhì)量要求的目的。

2.2.具有急回特性

在插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，必須要考慮其是否具備良好的急回特性，以此提升插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作效率、穩(wěn)定性能及零部件的整體性能。所以，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程之中，必須要強(qiáng)調(diào)是否具備急回特性，并通過(guò)一定的方式，減少非加工時(shí)間，提高工作效率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要盡量的保證工作行程留有較大范圍，以此加大承受慣性的能力。具有伺服性能的液壓主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是一個(gè)好的案例，在工作行程可保持勻速切削，在非加工行程則可快速返回。

2.3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力較好，具有一定經(jīng)濟(jì)效益

在插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮諸多的因素，在結(jié)構(gòu)方面要力求簡(jiǎn)單，并且具有良好的受力能力。切削部件如果承受的力量較大，就容易產(chǎn)生過(guò)大的慣性力；特別是在產(chǎn)生較大徑向分力的情況下，易造成一些構(gòu)件的損壞，從而降低了使用壽命。而企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)的主要目的是盈利，所以還要具備一定的經(jīng)濟(jì)效益。一般而言，構(gòu)件加速度最大時(shí)，其受力的峰值也達(dá)到最大，如果結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)內(nèi)的受力過(guò)多，影響零部件的整體性能；除此之外過(guò)于復(fù)雜的構(gòu)造，會(huì)增加不必要的材料耗費(fèi)，提高造價(jià)。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、在受力好的同時(shí)不失經(jīng)濟(jì)效益的目的。

2.4.便于改造工作的進(jìn)行

由于我國(guó)在插齒機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展起步較晚，在技術(shù)設(shè)計(jì)上存在不足，往往會(huì)出現(xiàn)一些客觀(guān)現(xiàn)象，阻礙其更好的發(fā)展。所以，在插齒機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該重視改造工作的順利進(jìn)行，只有這樣才能夠更好的對(duì)現(xiàn)有插齒機(jī)性能進(jìn)行改進(jìn)，也有利于制造商降低生產(chǎn)成本，提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

3.結(jié)束語(yǔ)

如何有效地提高插齒機(jī)的工作質(zhì)量和效率，在一定程度上關(guān)乎保障企業(yè)的正常生產(chǎn)生活活動(dòng)；選擇最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，就是要使其最大程度地滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)效益。本文僅結(jié)合個(gè)人多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，就相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)論述分析，觀(guān)點(diǎn)片面膚淺，希望引起相關(guān)人士的重視，共同致力于該領(lǐng)域建設(shè)成果的取得。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳靜.《具有急回特性的插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)》.機(jī)械電子工程，2007年.

[2]熊顯文，程偉林.《具有變急回特性的插齒機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)研究》.機(jī)械傳動(dòng)，2014年07期.

[3]董少峰，姚養(yǎng)無(wú).《自動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]》.機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2007（06）.

[4]池麗婷.《平面四桿機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)特性的分析》.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011年04期.