【正文】 ，下面分析比較常見的幾種臥式布局形式：①工件主軸進(jìn)給，運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的間隙、振動(dòng)會(huì)影響零件的加工精度。根據(jù)滾齒加工的展成切削原理、各部件運(yùn)動(dòng)分配的不同，立式和臥式又可分為多種。⑨機(jī)床的總體布局應(yīng)使機(jī)床外形美觀、大方、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)。2）合理布置熱源，使機(jī)床達(dá)到熱平衡，以減小相對(duì)熱變形。⑥工件尺寸、形狀、重量對(duì)機(jī)床布局的影響對(duì)于小規(guī)格的工件(一般直徑在125mm以下)，為了便于工件裝夾、上下料及自動(dòng)化要求，一般采用臥式布局，由滑板的平穩(wěn)進(jìn)給進(jìn)行加工，這樣，有利于提高齒輪加工精度和降低齒面粗糙度。⑤滾齒機(jī)自動(dòng)化程度及生產(chǎn)效率高低的影響機(jī)床的布局應(yīng)適應(yīng)機(jī)床的自動(dòng)化程度及生產(chǎn)效率的要求。機(jī)床總體布局的選擇應(yīng)保證機(jī)床各種運(yùn)動(dòng)分配的實(shí)現(xiàn)。這些工作方式?jīng)Q定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及布局。對(duì)于大規(guī)格的機(jī)床而言，由于切削模數(shù)大，切削力及切削力矩變化更大，因而要求機(jī)床的剛度更高。在滾齒動(dòng)力特性中影響機(jī)床總體布局的最顯著的因素有三個(gè)方面：1）滾齒過程是一種斷續(xù)切削，在滾刀轉(zhuǎn)速越高時(shí)，切削力變化頻率越高；2）滾齒過程中滾切力大小是變化的，滾齒負(fù)荷具有很明顯的沖擊性質(zhì)；3）滾齒過程中滾切力方向是變化的。 （）3 零傳動(dòng)滾齒機(jī)床的總體布局 零傳動(dòng)滾齒機(jī)床的總體布局研究在滾齒機(jī)設(shè)計(jì)中，機(jī)床總體布局的好壞直接影響機(jī)床滿足給定加工工藝的適應(yīng)程度、機(jī)床的精度、動(dòng)靜剛度、抗振性、可靠性、制造工藝性、操作宜人性、維修方便性、占地面積、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及外觀等。 工件主軸最高轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)工件主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)與滾刀主軸轉(zhuǎn)速相匹配。從市場調(diào)研及用戶提供的信息來看，目前很多用戶已開始使用硬質(zhì)合金滾刀加工零件，主要的原因是硬質(zhì)合金的耐磨性高，滾刀的生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟，價(jià)格在不斷下降，同時(shí)滾刀的切削轉(zhuǎn)速高，可大大提高生產(chǎn)效率，因此高效滾齒機(jī)的主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)以能滿足硬質(zhì)合金滾刀的切削速度為參考。在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，軸向進(jìn)給速度、各直線坐標(biāo)(X、Y、Z軸)及滾刀角度旋轉(zhuǎn)調(diào)整軸(A軸)的快速運(yùn)動(dòng)速度設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮下面幾個(gè)因素：機(jī)床剛性——各部件及整機(jī)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出機(jī)床剛性，直線導(dǎo)軌的運(yùn)用、合理的筋壁厚度及結(jié)構(gòu)布置使機(jī)床的剛性大大增強(qiáng)。然而對(duì)于汽車轉(zhuǎn)向器行業(yè)的齒輪，由于直徑小，要求的滾刀直徑也小(否則會(huì)傷及工件定位面)，在采用淬硬加工時(shí)，滾刀的轉(zhuǎn)速要達(dá)800～1OOOrpm。 普通滾齒機(jī)床傳動(dòng)鏈?zhǔn)疽鈭D 零傳動(dòng)滾齒機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)滾刀主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)均去掉一般數(shù)控滾齒機(jī)中的高精度齒輪副或蝸輪副，采用內(nèi)置主軸電機(jī)(電主軸，用于滾刀主軸)、內(nèi)置力矩電機(jī)(DDR電機(jī)，用于工件主軸)分別驅(qū)動(dòng)，這樣就消除了由于傳動(dòng)裝置而產(chǎn)生的誤差，如反向間隙、嚙合誤差等，其傳動(dòng)精度主要決定于反饋裝置的精度，由于直接驅(qū)動(dòng)只有很少的運(yùn)動(dòng)部件，所以噪音很小，系統(tǒng)中唯一的磨損件是軸承，維護(hù)減少，如果軸承采用定期潤滑，整體電主軸裝置就能達(dá)到零維護(hù)。全功能數(shù)控指不僅齒輪機(jī)床的各軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)控的，而且機(jī)床的展成運(yùn)動(dòng)和差動(dòng)運(yùn)動(dòng)也是數(shù)控的。 傳統(tǒng)滾齒機(jī)床傳動(dòng)鏈?zhǔn)疽鈭D這種機(jī)床調(diào)整既復(fù)雜又費(fèi)時(shí)。進(jìn)給傳動(dòng)鏈：工件的軸向、切向、徑向進(jìn)給。展成分度鏈：從刀具旋轉(zhuǎn)到工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)關(guān)系，用以嚴(yán)格保證加工過程中工件的分度運(yùn)動(dòng)，確保工件展成齒形的正確性。零傳動(dòng)高速干式滾齒機(jī)突破了傳統(tǒng)齒輪加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，研究和開發(fā)高速、高精度零傳動(dòng)滾齒機(jī)是齒輪機(jī)床的重大變革。我們期望熱量主要由切屑迅速帶走，而傳導(dǎo)給刀具和工件的熱量盡量小。項(xiàng)目所研制的零傳動(dòng)滾齒機(jī)在工件主軸與滾刀主軸的傳動(dòng)原理上完全取消機(jī)械傳動(dòng)副，不僅可以大幅度提高機(jī)床加工齒輪零件的精度，也可以解決機(jī)械傳動(dòng)鏈中由于磨損造成的機(jī)床精度不穩(wěn)定問題。此機(jī)床可廣泛用于汽車、摩托車、儀器、儀表、玩具、電動(dòng)工具、漁具等行業(yè)的各種不同精度的齒輪的大批量、高效率加工。為此，我們研制了一臺(tái)基于零傳動(dòng)原理的滾齒機(jī)床。為了打破國外的技術(shù)壟斷，盡快提高我國齒輪加工機(jī)床的設(shè)計(jì)/制造水平，本項(xiàng)目以傳動(dòng)原理中最復(fù)雜的齒輪加工機(jī)床為對(duì)象，提出以“零傳動(dòng)”功能部件為核心，通過對(duì)“零傳動(dòng)”的關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，建立起“零傳動(dòng)”齒輪加工機(jī)床的多因素綜合設(shè)計(jì)模型。一直到進(jìn)入二十一世紀(jì)，“干切削”、“高速切削”、“高精度切削”、“硬齒面切削”等現(xiàn)代加工工藝進(jìn)入齒輪加工領(lǐng)域，基于傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)鏈的機(jī)床難于滿足這些需求，因此國外的部分廠家才開始研制“零傳動(dòng)”齒輪加工機(jī)床，但機(jī)床的售價(jià)很高(是一般數(shù)控機(jī)床的2～3倍)，設(shè)計(jì)原理和技術(shù)資料嚴(yán)格保密，形成了技術(shù)壟斷的局面。究其原因，主要還是基礎(chǔ)研究差、整體設(shè)計(jì)能力不足，由此導(dǎo)致新技術(shù)應(yīng)用慢和仿制比重較大，如零傳動(dòng)技術(shù)、干切技術(shù)在齒輪加工機(jī)床中的應(yīng)用一直處于落后狀態(tài)。 課題的研究意義在我國，全國的齒輪加工機(jī)床擁有量高達(dá)九萬余臺(tái)?？傊?，DDR電機(jī)具有直接力傳動(dòng)、高扭矩、高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載剛性、高定位精度、零維護(hù)等特點(diǎn)。DDR電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子及反饋裝置組成，負(fù)載直接與轉(zhuǎn)子剛性連接，也就是說轉(zhuǎn)子與滾齒機(jī)工作臺(tái)直接連接，這樣就消除了由于傳動(dòng)裝置而產(chǎn)生的誤差，如反向間隙、嚙合誤差等。這些機(jī)構(gòu)，都使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，并且產(chǎn)生齒隙和空轉(zhuǎn)，致使控制精度降低，加工精度下降。 力矩電機(jī)一般滾齒機(jī)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)采用伺服電機(jī)。當(dāng)前國內(nèi)外生產(chǎn)電主軸廠家多達(dá)幾十家。另外，約有1/3的發(fā)熱量是由電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)子散熱條件差，又直接安裝在主軸上，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減小電機(jī)徑向的傳熱熱阻，使轉(zhuǎn)子的發(fā)熱量盡可能多地通過氣隙傳到定子和殼體中去，并由冷卻液帶走。總之，電主軸結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小，響應(yīng)特性好，并可避免振動(dòng)與噪聲，精度高，是高速主軸單元的理想結(jié)構(gòu)。一般高速加工采用電主軸作為機(jī)床的主軸形式，電主軸將轉(zhuǎn)子和機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)部件做成一體，把機(jī)床的主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，故可稱之為“零傳動(dòng)”。經(jīng)檢索，有關(guān)零傳動(dòng)滾齒機(jī)研究的文獻(xiàn)僅此而已。例如，我國最大的齒輪加工機(jī)床生產(chǎn)廠——重慶機(jī)床廠于2000年通過鑒定的YKS3120六軸四聯(lián)動(dòng)數(shù)控高速滾齒機(jī)曾被列入“國家重大技術(shù)裝備創(chuàng)新項(xiàng)目”，被稱為是國產(chǎn)高檔數(shù)控滾齒機(jī)的里程碑，但該機(jī)床仍然采用了滾珠絲杠副和齒輪傳動(dòng)鏈。在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方面取消機(jī)械傳動(dòng)副，不僅大幅度提高了機(jī)床的加工精度和加工速度，也可以完全解決機(jī)械傳動(dòng)鏈中存在的磨損問題，可以長期保持機(jī)床的精度，此外，還極大地簡化了機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)。故障診斷的智能化表現(xiàn)在兩方面：一方面是機(jī)床會(huì)對(duì)曾經(jīng)產(chǎn)生的故障作記錄，當(dāng)下次碰到該故障時(shí)，它會(huì)首先提示可能的原因；另一方面，現(xiàn)場信息經(jīng)過壓縮，存貯在機(jī)床的“黑匣子”中，一旦機(jī)床發(fā)生的故障超出其自身的診斷能力，就可以通過Internet從網(wǎng)上專家系統(tǒng)獲得支持，進(jìn)行交互式的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)一般都具有用于通訊的串行口和DNC接口，高檔數(shù)控系統(tǒng)充分利用Internet/Intranet的功能，使網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)、遠(yuǎn)程調(diào)試、遠(yuǎn)程診斷等功能得以實(shí)現(xiàn)。重慶機(jī)床廠的YKS3120系列六軸數(shù)控高速滾齒機(jī)，能在一次安裝中加工不同模數(shù)、不同齒數(shù)、不同螺旋角及不同螺旋方向的雙聯(lián)齒輪及單分度銑槽，并可配備自動(dòng)對(duì)齒機(jī)構(gòu)、去除齒輪端面毛刺及工件自動(dòng)上下料裝置，在該系列機(jī)床上還可進(jìn)行硬齒面滾齒。如Hurth公司的WF3500滾齒機(jī)，將插齒、滾齒（包括滾內(nèi)齒輪）、磨齒和齒輪檢測集于一體，工件一次裝夾只需更換切削頭，就可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的齒輪加工功能，同時(shí)還可以對(duì)加工過程中的齒輪進(jìn)行檢測，以決定加工用量。例如:德國Liebherr公司的LC80系列滾齒機(jī)，美國Gleason—Pfauter公司的GP130系列滾齒機(jī)，日本三菱重工公司的GN10系列滾齒機(jī)等均可以采用高速干式切削加工。采用硬質(zhì)合金涂層刀具進(jìn)行干切削，盡管第一次購刀價(jià)格比濕式刀具價(jià)格高，但因切削效率高且刀具壽命長，還節(jié)省了切削液及噴淋過濾裝置的費(fèi)用，從而單件齒輪的加工成本反而有所降低，同時(shí)又符合環(huán)保無污染的要求。因此，不使用切削液的干切削就成為改善生態(tài)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本的有效措施，也是實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)的一條重要途徑。④環(huán)?；娝苤饘偾邢髦械那邢饕壕哂欣鋮s、潤滑和排屑等作用，可獲得良好的加工質(zhì)量，并提高刀具耐用度和生產(chǎn)率。所有這些因素都可以通過建模（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模）來加以補(bǔ)償。由于采用了高精度、具有預(yù)加負(fù)荷的高剛性直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠、滾動(dòng)軸承、電主軸、大扭矩同步力矩伺服電動(dòng)機(jī)，使齒輪加工機(jī)床在高速加工的條件下精度得到保證并有所提高。德國Liebherr公司制造的LC80干式切削滾齒機(jī)，滾刀主軸轉(zhuǎn)速為9000rpm，工作臺(tái)轉(zhuǎn)速為800 rpm。它們是影響切削效率的主要指標(biāo)。而各進(jìn)給軸仍通過滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)向直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，如果各進(jìn)給軸采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，將完全實(shí)現(xiàn)零傳動(dòng)。近幾年國外的各齒輪制造廠家在小直徑（200mm）、小模數(shù)（m3mm）齒輪加工方面已推出滾刀軸和工件軸直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)型。 5)高度自動(dòng)化和柔性化可實(shí)現(xiàn)任意工作循環(huán)，縮短調(diào)整時(shí)間，便于實(shí)現(xiàn)小批量多品種加工。 2）提高齒輪的加工精度 機(jī)械傳動(dòng)鏈縮短或完全被取代，刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，新的智能控制算法的應(yīng)用，伺服系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量的進(jìn)一步減小，從而提高了機(jī)床的加工精度及工藝能力指數(shù)。 滾齒加工技術(shù)的發(fā)展趨勢滾齒是國內(nèi)外應(yīng)用最廣的切齒方法，一些國家滾齒機(jī)的擁有量約占所有齒輪機(jī)床總量的45～50%。數(shù)控滾齒機(jī)采用全數(shù)字控制，并帶有EGB（Electronic Gear Box）電子齒輪箱，由它代替了傳統(tǒng)機(jī)械滾齒機(jī)各種交換齒輪的功能，所以機(jī)床各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)精度高，調(diào)整方便。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，國外滾齒機(jī)產(chǎn)品中，數(shù)控滾齒機(jī)已占主導(dǎo)作用，我國研制的數(shù)控滾齒機(jī)始于二十世紀(jì)80年代中期。滾齒機(jī)傳動(dòng)鏈精度是指按規(guī)定的工件齒數(shù)調(diào)整后，工件主軸相對(duì)于滾刀主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角誤差。這些傳動(dòng)鏈不僅傳動(dòng)元件多，積累誤差大，而且誤差還交替?zhèn)鬟f，尤其是展成運(yùn)動(dòng)鏈和附加運(yùn)動(dòng)鏈有一部分重復(fù)使用，這樣就易形成誤差的交替?zhèn)鬟f，從而將附加運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)誤差，傳入到要求分度運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性很高的展成運(yùn)動(dòng)上。傳統(tǒng)的滾齒機(jī)傳動(dòng)采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用分流傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈嚴(yán)格的速度同步與行程同步關(guān)系是靠具有準(zhǔn)確傳動(dòng)比的傳動(dòng)元件（齒輪、蝸輪、蝸桿等）實(shí)現(xiàn)的，調(diào)整環(huán)節(jié)采用掛輪以保證足夠精度的傳動(dòng)比與調(diào)整范圍。2）應(yīng)用立方氮化硼砂輪高效磨齒，比用單晶剛玉砂輪磨削效率提高510倍，被磨削表面不易發(fā)生燒傷和裂紋，疲勞強(qiáng)度高。由于現(xiàn)在多用硬齒面的齒輪，磨齒成為高精度齒輪的主要加工方法。工具齒輪與工件齒輪間采用電子同步系統(tǒng)相聯(lián)系，運(yùn)轉(zhuǎn)中通過進(jìn)給使工件齒輪的各項(xiàng)誤差逐漸得到修正，從而達(dá)到十分穩(wěn)定的精度。④珩齒加工珩齒技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從自由珩到強(qiáng)迫珩，從最初的齒輪式外嚙合珩到蝸桿珩再到現(xiàn)在的內(nèi)嚙合珩等階段。近年來由于徑向剃齒刀的研制成功，使徑向剃齒這一高效方法在越來越多的齒輪加工中得到應(yīng)用。③剃齒加工剃齒方法除了人們所熟知的平行軸剃齒、對(duì)角剃齒外，徑向剃齒的發(fā)展近年來格外引人注目。插齒技術(shù)的研究重點(diǎn)有：1）插齒機(jī)的數(shù)控化，以便加工橢圓齒輪、非圓齒輪和特殊形狀的齒輪。干式滾削具有高的生產(chǎn)率、高精度和高的工件質(zhì)量，無切削液，工件不受油液污染，符合環(huán)保要求，屬于無污染的綠色加工工藝。4）干切工藝。滾齒精度一般可達(dá)7~8級(jí)，當(dāng)采用高精度滾刀和高精度滾齒機(jī)時(shí)，可滾切5級(jí)精度的齒輪。展成法又稱滾切法，是加工時(shí)切削刀具與工件作相對(duì)展成運(yùn)動(dòng)，刀具和工件的瞬心線相互作純滾動(dòng)，兩者之間保持確定的速比關(guān)系，所獲得加工表面就是刀刃在這種運(yùn)動(dòng)中的包絡(luò)面。近年來，隨著汽車、機(jī)械、航天等工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對(duì)齒輪提出了更高的要求：傳動(dòng)速度大、承載能力強(qiáng)、使用壽命長、運(yùn)行噪音小、制造成本低，相應(yīng)地對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)、加工、檢測等方面也提高了要求。齒輪因其形狀復(fù)雜，技術(shù)問題多，制造難度較大，也造成齒輪加工機(jī)床的高度復(fù)雜性，所以齒輪制造水平在較大程度上反映了一個(gè)國家機(jī)械工業(yè)的水平。成形法是用刃部形狀與被切齒輪槽形狀相同的成形刀具來加工齒輪的，屬于成形法的齒輪加工方法有銑齒、拉齒、沖齒、成形磨齒、壓鑄等。①滾齒加工滾齒是一種高效的、應(yīng)用最廣泛的一種齒廓加工方法，是依照交錯(cuò)軸斜齒輪嚙合原理進(jìn)行加工的。3）滾齒機(jī)數(shù)控化，大幅度提高了機(jī)床的加工精度及工藝能力指數(shù)，增加了機(jī)床的可靠性并且擴(kuò)大了機(jī)床的加工范圍。在CIMT2005機(jī)床展上，日本三菱公司展出的GE15A滾齒機(jī)上，采用了表面涂有超級(jí)干切涂層的MACH7高速鋼滾刀，線速度達(dá)250 m/min；重慶機(jī)床廠展出的YKS3112滾齒機(jī)上，采用了表面涂有DUAL涂層的硬質(zhì)合金滾刀，線速度達(dá)181 m/min。插削速度最高可達(dá)1000～2500次/min沖程數(shù)，加工精度達(dá)5～6級(jí)。4）數(shù)控插螺旋齒，以提高螺旋齒輪的加工精度。剃齒刀齒面輪廓形狀和精度要求高，齒形要求中凹，齒向要反鼓，同時(shí)對(duì)剃齒刀刃口槽形位置、形狀（如刃口錯(cuò)位排列）、矩形槽都有很高要求，因此剃齒刀設(shè)計(jì)和制造上都有相當(dāng)?shù)碾y度。重慶機(jī)床廠近年開發(fā)的YA4232A剃齒機(jī)和YAT4232徑向剃齒機(jī)均具有很高的剛性，適合于汽車、摩托車和機(jī)床齒輪的剃齒加工。其珩磨輪是一個(gè)有高精度內(nèi)齒輪的鋼環(huán)，內(nèi)齒輪齒面上電鍍單層CBN磨料。⑤磨齒加工磨齒是獲得高精度齒輪最有效和可靠的方法。近年來出現(xiàn)的新技術(shù)有：1）改進(jìn)磨削方法，Maag公司提出了“K磨削法和Niles公司提出了“雙面磨削法”，提高了磨齒效率。 圓柱齒輪工藝加工方法和加工精度比較工藝方法工藝方法簡圖加工精度加工特點(diǎn)滾齒5～9生產(chǎn)率高，通用性大，連續(xù)分度滾齒，運(yùn)動(dòng)誤差易保證插齒5～8適用于中小模數(shù)齒輪加工，通用性好，廣泛用于內(nèi)齒輪、雙聯(lián)及多聯(lián)齒輪加工剃齒5～7主要用于齒輪的滾、插預(yù)加工后的精加工，和磨齒相比，具有效率高，成本低，齒面無燒傷和裂紋等優(yōu)點(diǎn)珩齒6～8效率高，成本低，表面質(zhì)量好，齒面無燒傷，尤其適用于作硬齒面滾、插后改善表面粗糙度的后續(xù)工序磨齒成型砂輪磨齒7～8生產(chǎn)率很高，砂輪是專用的，適用于較大批量生產(chǎn)齒輪蝶形砂輪磨齒4～7采用碟形砂輪