2015年10月 第 43 卷第 19 期
机床与液压
MACHINET 00L 2 HYDRAULICS
Oct . 2015Vol . 43 No . 19
DOI: 10.3969/j . issn . 1001-3881. 2015. 19. 005
热变形对高速干式滚齿机加工精度的影响
陶桂宝，钟金龙，杨中，宋超
(重庆大学机械工程学院，重庆400030)
摘要：根据高速干式滚齿机机床的设计结构，分析了其热变形机制。在此基础上，分析了机床床身热变形以及立柱热
变形对滚齿加工精度的影响，同时建立了相应的误差模型并进行了初步验证，为滚齿机热变形误差的控制及补偿提供了有 益参考。
关键词：热变形；加工精度；床身；立柱；高速干式滚齿中图分类号：TH161 文献标志码：A 文章编号：1001-3881- (2015) 19-022-3
Effect of Thermal Distortion on Machining Precision Based on High-speed
Dry Gear-hobbing Machine
TA 0Guibao ，ZH 0N G Jinlong，YANG Zhong ，S 0N G Chao
(School of Mechanical Enginee /ng & Chongqing University ， Chongqing 400030 & China )
Ab str a c t : The mechanism of thermal d istortion was
analyzed based
on
the
design
structure of the
machine. Based upon it ， the effects of thermal distortion of the machine tool bed and the machine column on machining precision werediscussed ，and the c orresponding models of the error were built and verified preliminarily. It provides instructive significance for the control and compensation of the thermal distortion of gear-hobbing machine.
hi
K e ywo r d s ： Thermal distortion ； Machining precision ； Machine tool bed ； Machine column ； High-speed dry gear-hobbing
0前言
高速干式滚齿技术，是近年来出现的一种快速、
内侧，吸收的热量最多。由于机床的受热不均，床身 上下表面存在温度差，导致床身发生膨胀，产生弯曲 变形。同时，位于床身上的大小立柱将在床身弯曲方 向上产生跟随倾斜。另外，大小立柱靠近切削点的一 侧温度将高于远离切削点的一侧，使内外表面产成温 度梯度，从而导致立柱热变形，如图1所示。因此， 床身的热变形、大小立柱的跟随倾斜及自身的热变 形，都将引起滚刀主轴与工件主轴在切削点处的中心 距发生变化，导致滚刀与工件在切削点处产生x 轴向 位移偏差，从而影响齿轮加工精度。
低消耗、绿色化的滚齿加工技术，与传统滚齿法相 比，其有着加工效率高、生产成本低、绿色环保等优 势。由于高速干式滚齿机是在无冷却、无润滑油的情 况下进行高速切削，滚齿过程中会产生大量的热，在 长时间的加工过程中，会引起机床温度的升高，从而 导致床身、立柱等机床主要零部件产生热变形，从而 影响齿轮的加工精度。在高速干式滚齿加工过程所产 生的误差中，高达70%的误差是由机床热变形所导 致的加工误差。因此，在高速干式滚齿加工过程中， 研究机床的热变形规律及其对滚齿精度的影响，对提 高滚齿加工精度有着十分重要的意义。
1
高速干式滚齿机结构与热源分析
以某高速干式滚齿机为例，其由工作台壳体、床
身、大立柱、小立柱、滚刀箱、导轨等构成。高速干 式滚齿加工因其特有的加工方式，其所产生的热量主 要集中在切屑上，这些热除了大部分被切屑带走外， 其余-部分通过接触传导、热辐射等方式，被床身、 立柱等机床部件吸收。随着加工时间的增加，机床零 部件及床身将被持续加热，特别是床身上表面与立柱
收稿日期：2014-09-12
基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2012BAF13B09-2)
作者简介：陶桂宝，男，副教授，主要从事机电一体化技术、机床设计和数控加工等方面的研究 通信作者：钟金龙，E -m ail : [email protected]
。
图1机床结构及热变形简图
2015年10月 第 43 卷第 19 期
机床与液压
MACHINET 00L 2 HYDRAULICS
Oct . 2015Vol . 43 No . 19
DOI: 10.3969/j . issn . 1001-3881. 2015. 19. 005
热变形对高速干式滚齿机加工精度的影响
陶桂宝，钟金龙，杨中，宋超
(重庆大学机械工程学院，重庆400030)
摘要：根据高速干式滚齿机机床的设计结构，分析了其热变形机制。在此基础上，分析了机床床身热变形以及立柱热
变形对滚齿加工精度的影响，同时建立了相应的误差模型并进行了初步验证，为滚齿机热变形误差的控制及补偿提供了有 益参考。
关键词：热变形；加工精度；床身；立柱；高速干式滚齿中图分类号：TH161 文献标志码：A 文章编号：1001-3881- (2015) 19-022-3
Effect of Thermal Distortion on Machining Precision Based on High-speed
Dry Gear-hobbing Machine
TA 0Guibao ，ZH 0N G Jinlong，YANG Zhong ，S 0N G Chao
(School of Mechanical Enginee /ng & Chongqing University ， Chongqing 400030 & China )
Ab str a c t : The mechanism of thermal d istortion was
analyzed based
on
the
design
structure of the
machine. Based upon it ， the effects of thermal distortion of the machine tool bed and the machine column on machining precision werediscussed ，and the c orresponding models of the error were built and verified preliminarily. It provides instructive significance for the control and compensation of the thermal distortion of gear-hobbing machine.
hi
K e ywo r d s ： Thermal distortion ； Machining precision ； Machine tool bed ； Machine column ； High-speed dry gear-hobbing
0前言
高速干式滚齿技术，是近年来出现的一种快速、
内侧，吸收的热量最多。由于机床的受热不均，床身 上下表面存在温度差，导致床身发生膨胀，产生弯曲 变形。同时，位于床身上的大小立柱将在床身弯曲方 向上产生跟随倾斜。另外，大小立柱靠近切削点的一 侧温度将高于远离切削点的一侧，使内外表面产成温 度梯度，从而导致立柱热变形，如图1所示。因此， 床身的热变形、大小立柱的跟随倾斜及自身的热变 形，都将引起滚刀主轴与工件主轴在切削点处的中心 距发生变化，导致滚刀与工件在切削点处产生x 轴向 位移偏差，从而影响齿轮加工精度。
低消耗、绿色化的滚齿加工技术，与传统滚齿法相 比，其有着加工效率高、生产成本低、绿色环保等优 势。由于高速干式滚齿机是在无冷却、无润滑油的情 况下进行高速切削，滚齿过程中会产生大量的热，在 长时间的加工过程中，会引起机床温度的升高，从而 导致床身、立柱等机床主要零部件产生热变形，从而 影响齿轮的加工精度。在高速干式滚齿加工过程所产 生的误差中，高达70%的误差是由机床热变形所导 致的加工误差。因此，在高速干式滚齿加工过程中， 研究机床的热变形规律及其对滚齿精度的影响，对提 高滚齿加工精度有着十分重要的意义。
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高速干式滚齿机结构与热源分析
以某高速干式滚齿机为例，其由工作台壳体、床
身、大立柱、小立柱、滚刀箱、导轨等构成。高速干 式滚齿加工因其特有的加工方式，其所产生的热量主 要集中在切屑上，这些热除了大部分被切屑带走外， 其余-部分通过接触传导、热辐射等方式，被床身、 立柱等机床部件吸收。随着加工时间的增加，机床零 部件及床身将被持续加热，特别是床身上表面与立柱
收稿日期：2014-09-12
基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2012BAF13B09-2)
作者简介：陶桂宝，男，副教授，主要从事机电一体化技术、机床设计和数控加工等方面的研究 通信作者：钟金龙，E -m ail : [email protected]
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图1机床结构及热变形简图