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      摘要：直線電動機技術的逐漸成熟，使得直線運動開始實現零轉動，即直接驅動。齒輪加工機床傳動原理異常復雜、“內聯”傳動精確度要求非常高，直至20 世紀90 年代以前國內都沒有“零傳動”技術在齒輪加工機床中成功應用的先例。零傳動高速滾齒機的關鍵設計技術包括：總體布局設計技術、速度匹配性設計技術、傳動系統設計技術、床身及排屑系統技術設計、滾刀主軸及工件主軸直接驅動結構設計技術、直驅滾刀主軸及工件主軸編碼器選取技術，本文主要針對這六項關鍵技術進行分析與研究。
 
 

      前言

      齒輪是機械產品的重要基礎零件，在機床、汽車、農機、建筑機械、工程機械、航空、兵器、工具等領域被廣泛應用，其質量、性能、壽命等直接影響到各類機械的質量。隨著汽車、機械、航天等工業領域的不斷發展，對齒輪的要求也越來越高，同時齒輪的設計、加工、檢測的要求也相應提高，齒輪的相關技術研究進入新的階段。

      1 、零傳動滾齒機及其關鍵技術的研究進展

      現階段，諸如美國Gleason-Pfauter、德國Liebherr、日本的三菱重工等國際著名的齒輪加工機床生產廠家都投入大量的人力、物力、財力研究零轉動技術在齒輪加工機床中的應用，這些廠家在自己新推出的產品中都應用了零傳動技術，使得齒輪加工機床的性能達到了新的高度。而目前國內鋸齒加工機床，在工作臺直線移動方面，采用數控驅動系統代替普通滾齒機的各種交換掛輪，驅動機床的運動部件上采用交流伺服電機通過多對降速齒輪副和一對滾珠絲杠副；采用交流伺服電機通過2-3 對降速齒輪副來實現滾刀混轉運動；絕大多數齒輪加工機床仍采用多對高精度齒輪副和一對高精度蝸輪蝸桿服實現工作臺回轉運動。

       2、 零傳動滾齒論機設計關鍵技術研究

      2.1 零傳動滾齒機概述

      零傳動滾齒機是在滾齒機朝著全數控化、高速高精度、零傳動、綠色環保的發展趨勢下應運產生的，數控滾齒機同機械式傳動機在切削原理方面相同，一是利用展成原理來加工，此方法適用于滾刀與工件齒共軛；另一方面，全數控滾齒機的各軸均獨立伺服驅動，并可檢測反饋，可以加工圓柱體的等分與不等分槽，同時也可對于徑向進給和軸向進給實現差補運算控制，使機床完成小錐度齒輪、鼓形齒輪的加工。

       2.2 零傳動滾齒機需要研究的關鍵技術

      2.2.1 滾齒機床的轉動系統

      傳統齒輪加工機床運動關系復雜，在齒輪機床中包括主運動傳動鏈、展成分度鏈、差動傳動鏈、軸向進給傳動鏈、徑向進給傳動鏈、切向進給轉動鏈、刀架回轉運動鏈等。20 世紀80 年代初數控技術引入齒輪加工機床，使得齒輪加工機床的技術水平有了明顯的提高，同時，計算機技術的迅猛發展和高精度、高速響應伺服系統的出現，讓全功能數控齒輪加工機床已成為國際市場上的主流產品。全功能數控的齒輪機床的各軸進給運動、展成運動和差動運動均為數控的。在滾刀和工作臺之間采用電子齒輪箱，大大簡化了機械轉動結構，降低了傳動誤差。今年來國內外主要齒輪加工機床生產廠家都致力于縮短機床的傳動鏈。零傳動技術是機床設計和制造技術的一次重大革新，它去掉一般數控滾齒機的高精度齒輪副或蝸輪副，采用內置主軸電機、內置力矩電機分別驅動，使機床的結構得到最大限度的簡化。

      2.2.2 滾刀主軸-工件主軸速度

      衡量滾齒機性能的一個重要指標就是滾刀主軸和工件主軸速的高低。滾刀主軸的轉速、工作臺主軸的轉速、軸向進給速度、各直線坐標及滾刀角度旋轉調整周的快速運動速度是最能體現高效加工的機床參數。近幾年，隨著改善生態環境和實現清潔生產的呼吁，不使用切削液的干切削得到廣泛推崇，國內外主要的齒輪加工機床廠家也都大力開發數控高速干切滾齒機，按目前的工藝，滾刀主軸的最高轉速一般確定為4000rpm，最低轉速確定為550rpm。工件主軸轉速應與滾刀主軸轉速相匹配。目前用戶加工齒輪的齒數范圍在6-100 齒以內，當滾刀主軸最高轉速達到4000rpm，此時的工件主軸轉速應為400-5000rpm. 按加工齒輪數為100，滾刀轉速為1000-1200rpm，此時的工件主軸轉速為10-12rpm，但因為還要受到其他因素影響，確定工件主軸最低轉速為5rpm。

      2.2.3 床身及排屑系統

      床身是機床的基礎大件，具備高強度和剛度、較好的抗振性和熱穩定性是其結構設計中必須要做到的，現階段采取的措施有鑄件采用全封閉截面，合理布置內部隔板和肋條，導軌面加寬等。相對而言，干切削機床則有更高的要求，如床身有足夠的剛性，結構簡單，加工方便，重量輕，排屑順暢，減少排屑過程中切屑傳給機床部件的熱量，保證熱平衡等。為保證排屑暢通，需合理布置內隔熱板和肋條，盡量采用對稱設計，排屑橫槽設計在機床的加工區域左下方，鐵屑直接下落，可快速排出。

      3 、零轉動滾齒機傳動精度研究

      齒輪加工的精度受加工機床的幾何精度、剛度、熱變形、道具質量及其安裝精度、機床傳動鏈條精度以及機床的扭振動力等特性影響，而其中其關鍵性作用的是機床傳動鏈的精度。所謂傳動精度就是指傳動鏈中各環節精度對道具和工件間相對運動的均勻性和準確性的影響程度。要加工出高度精確的齒輪，加工機床的道具與工作臺之間必須要有準確的速比關系，而機床的分度轉動時保證速比關系準確的重要因素。隨著數控技術的發展，電氣轉動代替傳動鏈來實現內聯動，這大大縮短了傳動鏈的長度，減少了轉動原件數量，提高了傳動的精確度，實現了齒輪加工機床的數控化。在研究傳動精度的時候，一定要注意機械傳動機構、伺服機構、數控內聯傳動等等這些方面，把握好這些，才能真正提高滾齒機傳動精度。

      4 、零轉動滾齒機剛度研究

      剛度是表征物體抵抗變形能力的物理量。伺服系統有兩種不同的剛度，分別為機械系統的機械剛度和伺服系統的伺服剛度。機械剛度是指，機床彈性體產生單位變形量時所需要的作用力，它反映了機械元件抵抗變形的能力，如作用力為靜力，則是機械靜剛度，如果作用力是交變力，則是機械動剛度。伺服剛度是指伺服系統具有彈簧那樣的剛性特性，如機械剛度一樣，伺服剛度也分為動剛度和靜剛度。其中提高驅動系統的動態伺服制度對獲得高的加工精度尤為重要。直接驅動電動機直接采用電動機與被驅動載荷相連，避免
了減速系統的彈性和摩擦、間隙等因素的影響，從而可以達到高精度的位置控制，另一方面，與傳統的帶有減速裝置的伺服電動機驅動系統相比，直接驅動電動機驅動系統的控制性更容易受到轉矩波動，大的轉矩波動會引起直接驅動伺服系統的控制性能下降。因此在實際的應用過程中，要盡可能提高控制系統的剛度，確保加工的穩定性，減少外界干擾，保證伺服形同的穩定性。

      5 、結束語

      因傳動原理異常復雜，“內聯”傳動精度要求非常高，“零傳動”技術在齒輪加工機床中一直未得到廣泛應用，即便“干切削”、“高速切削”、“高精度切削”、“硬齒面切削”等現代加工工藝進入齒輪加工領域的今天，“零傳動”齒輪加工機床依然售價很高，甚至很多國外的設計原理和技術資料都嚴格保密，形成技術壟斷。本文通過對零傳動滾齒機的研究，就是希望能對國內“零傳動”滾齒機的研究設計有所啟示，使國內在此領域的研究中有所突破。