李仁杰，李紅興

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

XK2116數(shù)控龍門鏜銑床工作臺斜齒輪、齒條測繪

李仁杰，李紅興

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

XK2116數(shù)控龍門鏜銑床經(jīng)過20多年運行，機械傳動部分磨損嚴(yán)重，X軸方向定位精度超差。通過對工作臺傳動系中斜齒輪、齒條的測繪加工，降低了斜齒輪、齒條的嚙合間隙，提高了工作臺 X方向的定位精度，保證了加工件的加工精度。

龍門鏜銑床； 嚙合間隙；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

某重型汽車有限公司裝備車間，有臺XK2116數(shù)控龍門鏜銑床，為武漢某重型機床廠1993年產(chǎn)品，至今已運行二十余年?，F(xiàn)機床工作臺X軸全長定位精度測量結(jié)果為0.5，而機床合格證要求定位精度P1000＜0.035，已嚴(yán)重超差。

機床工作臺驅(qū)動為三相交流伺服電機傳動齒輪箱，再通過雙斜齒輪傳動工作臺下方安裝的斜齒條作直線往復(fù)運動。而機械方面影響工作臺定位精度最大的因素則為斜齒輪、齒條的傳動精度、嚙合間隙。而為了判斷斜齒輪、齒條的嚙合間隙是否合格，則需要知道機床工作臺安裝的斜齒輪、齒條的齒形參數(shù)、設(shè)計尺寸。由于某些原因，機床隨機資料缺失，而向機床生產(chǎn)廠家索取圖紙未果。于是，我們決定自行測繪測量，繪制零件圖紙，再進行零件尺寸判定。

1、斜齒輪、齒條的測繪

1）斜齒輪嚙合傳動的基本條件：mn1=mn2=mn，αn1=αn2=αn，βf1=-βf2。法向模數(shù)、法向壓力角相等，分度圓螺旋角大小相等，方向相反。

2）測量斜齒輪的尺寸：z1=15，螺旋方向，右旋，齒頂圓直徑Da=138，測量公法線尺寸，

Wk=2=37.085，Wk=3=60.715,齒高h=19。

測量的斜齒條尺寸，齒高h=19.5，用萬能角度尺測量齒條法向壓力角αn2=20°，可以斷定齒輪法向壓力角αn1=20°，齒條旋向，左旋，齒條法向齒距 Pn=25.16，齒條端面齒距Pt=25.62。

3）確定模數(shù)

再按齒輪基節(jié) tj= Wk=3- Wk=2tj=60.715-37.085=23.63,再按標(biāo)準(zhǔn)齒輪基節(jié) tj=Πmncosαn=23.617,得 mn=8；再按法向齒距 Pn=Πmn=25.133，再按 20Pn=502.654進行復(fù)測，尺寸一致。而車間游標(biāo)卡尺測量范圍為0-500mm，且齒條寬度為110。

測量時，卡尺跨測20個法向齒距，Pn=20=502.66，由此，可以判定，模數(shù)mn測量無誤。

4）確定分度圓螺旋角β

由于齒輪與齒條嚙合，因此確定了齒條的螺旋角（斜角）即確定了齒輪的螺旋角。

學(xué)習(xí)過程與方法的質(zhì)疑集中體現(xiàn)在授課階段，授課時教師根據(jù)預(yù)習(xí)提綱進行精心提問、設(shè)問，將各個知識點分解，引導(dǎo)學(xué)生圍繞各個知識點進行討論.學(xué)生經(jīng)過激烈的討論，以及動手實踐過程，主動的去發(fā)現(xiàn)問題，提出自己的疑問，通過與同學(xué)、教師的交流，去解決問題，從而加深對所學(xué)內(nèi)容的理解，提高應(yīng)用所學(xué)知識去解決實際問題的能力.學(xué)生在這一過程中所暴露的缺點與不足，教師要適時地加以糾正與引導(dǎo).

由于齒條齒形為直齒廓，傾斜方向為直線，我們用萬能角度尺測量斜角βf=10°。但很快發(fā)現(xiàn)，不同的測量人結(jié)果不一致，可以測出βf=10°，11°，11°30′，12°的測量結(jié)果。但是，作為數(shù)控機床，工作臺傳動的斜齒輪、齒條的精度等級不會低于GB10095-88標(biāo)準(zhǔn)的6級精度，即大家的測量結(jié)果必須一致，且結(jié)果須小于10′。那么問題出在哪里，怎么解決？

螺旋角βf的精確測量

由于某些原因，齒條不能用三座標(biāo)或座標(biāo)鏜等精密設(shè)備測量，我們只能考慮用現(xiàn)有的工具來滿足現(xiàn)場測量技術(shù)要求。測量斜齒條的端面齒距，按公式 Pn=Πmn/cosβf，但是工具室只能提供0-500游標(biāo)卡尺。由于齒條全長L=6000，我們不考慮用卷尺測量。那么，怎么才能有效、經(jīng)濟且精密地測量斜齒條的螺旋角呢？即鋼球法測量，如圖示：

即用一精密量塊貼緊齒條左端面，用502膠固定，齒槽放置2-Φ15.09鋼球，同樣用502膠固定，放置時盡量靠近齒條兩端面處，距兩端端面約5-10mm處，以利外徑千分尺測量。測量時，不能與齒槽兩側(cè)面相接觸，要求量塊兩側(cè)面平行度、平面度＜0.005。測量時，用外徑千分尺測出 36.1尺寸，然后測出115.12尺寸，接著去掉量塊，測出95.45尺寸，計算：

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

βf=10.4779279=10°28'40.54"

我們在此不做誤差分析，只要鋼球、量塊精度很高，再配置精密指示表千分尺，就完全可以得出準(zhǔn)確滿意的測量結(jié)果。此方法也可以用于斜齒條零件加工過程中的精密測量。測量時，鋼球放置于齒條兩端處的齒槽中，因為此處齒條磨損最小。對于齒條磨損的檢測，此處不再敘述。

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

相當(dāng)齒數(shù)z′= z invαt/invαn漸開線函數(shù)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分別計算齒輪公法線尺寸

Wk=2=37.189 Wk=3=60.801

現(xiàn)場我們實測齒頂圓直徑 Da=138，測量公法線尺寸，Wk=2=37.085，Wk=3=60.715。實測值減去測繪參數(shù)計算值得ΔWk=3=-0.086，認(rèn)為是齒輪設(shè)計及制造誤差所致。測量的齒頂圓尺寸，在精密齒輪加工制造中，只作為工藝基準(zhǔn)，不作為測量基準(zhǔn)，在加工制造過程中對外圓尺寸不作嚴(yán)格要求，因此我們不予考慮。用鋼球法測量，大家在測量過程中所測的測量數(shù)據(jù)完全一致，沒有任何爭議。接下來繪制齒輪圖紙，確定齒輪精度等級等，按有關(guān)齒輪設(shè)計手冊即可。

2、結(jié)論

斜齒輪、齒條的測繪是一項比較復(fù)雜的工作，必須認(rèn)真細致地測量各種數(shù)據(jù)，反復(fù)計算，才能比較準(zhǔn)確地還原齒輪設(shè)計的本來面目，從而能夠生產(chǎn)或者研制出該齒輪副的目的，以滿足產(chǎn)品或設(shè)備技術(shù)要求。

[1] 吳宗澤.機械設(shè)計實用手冊(第二版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2] 郁明山.齒輪手冊(第二版)[M].北京：機械工業(yè)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，就職于陜西重型汽車有限公司汽車總裝配廠。