插齿机原理插齿机维修以乱齿故障维修为例艺术纸

通过对插齿加工原理及乱齿原因的总结进行分析，梳理乱齿问题处理流程，能够提高处理故障的效率，做好预防性维护，减少故障发生。

1．故障现象

插齿加工乱齿，是指齿胚在插齿加工过程中，由于刀具与齿胚间出现了相对运动，导致齿被啃烂、齿数不对或者齿面缺陷等现象，我们称之为乱齿。对数控插齿机维修的过程中，加工乱齿虽然不是常见故障，但针在该问题的处理一直是一个较繁琐的事情。此次，主要结合近几年来我公司现有的插齿，包括LIEBHERR、MITSUBISHI、南二机及宜昌插齿机等国内外主流机型出现的乱齿故障维修，进行了统计及分析，并梳理出一些预防措施，以降低或减少该故障。

2．原因分析

对于解决插齿加工问题，首先需要了解插齿加工原理以及插齿机结构，在此基础上才能够根据原理及结构来分析问题、解决问题。

（1）插齿原理。对于插齿加工，首先需要了解插齿机的加工原理。和滚齿机一样，插齿机加工也采用展成原理，即齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系做展成运动，工件齿面由刀具的切削刃包络而成。而不同于滚齿加工的是，插齿刀除了按啮合关系传动外，还需同时做上下运动。为了避免插齿刀刮伤已加工的工件表面，在插齿刀空回行程时，插齿刀相对于工件还必须有一个让刀运动，而在工作行程开始时插齿刀（或工件）必须回复到原来的位置。

插齿能加工外齿轮，又可加工内齿轮，还能加工有台阶的齿轮块、人字齿轮及分段齿轮等，能加工内齿轮是插齿加工的突出特点。

（2）插齿机的结构。为了满足插齿工艺，插齿机必须具备切削运动、圆周进给运动、径向进给运动、展成运动和让刀运动等，数控插齿机主要传动结构如图1所示。

传统的插齿机靠齿轮传动系统实现刀具与工件的展成加工，而如今随着数控技术的快速发展，现代插齿机实现了电子齿轮箱控制展成运动。电子齿轮箱带来的高效、高精的控制方式，不仅简化了机械传动结构，也为插齿加工提供了稳定而高精度的保障。

（3）电子齿轮箱。了解展成切削，需对电子齿轮箱的控制方式进行了解。对机床展成运动的控制是插齿机数控系统设计的关键之一。采用软件电子齿轮箱将伺服电动机1与伺服电动机2的运动联系起来，保证插齿刀与被切齿轮在节圆处作纯滚动。插齿刀轴与工件齿轮回转轴之间的展成分齿运动关系为

式中，f1为工件齿轮旋转指令脉冲频率；f2为插齿刀轴旋转指令脉冲频率；Δb为工件齿轮旋转指令脉冲当量；Δc为插齿刀轴旋转指令脉冲当量；Z工为工件齿轮齿数；Z刀为插齿刀齿数。

如图2所示，以LIEBHERR插齿机为例，驱动工作台回转的工件轴伺服驱动产生脉冲序列，该脉冲序列的频率与工件齿轮转速成正比，脉冲数与工件齿轮转角成正比。工件轴编码器对工件轴伺服驱动产生的脉冲序列进行计数，用软件算法进行Δb·Z工倍频处理，刀具轴编码器对刀具轴伺服驱动产生的脉冲序列进行计数，用软件算法进行Δc·Z刀倍频处理，将两路倍频数值送微处理器进行比较，获得的偏差值经放大后通过D/A转换输出，由伺服驱动电路放大，从而完成对工件轴C2的运动控制。

3.根本原因

通过了解插齿原理、插齿机结构以及生成展成切削的电子齿轮箱控制方式理论基础之后，针对乱齿的加工问题，我们能够更容易地从问题根源出发，找出问题所在。出现乱齿现象的主要原因就是工件与刀具啮合时出现偏差，工件转速与刀具转速不同步，即不成比例。

由此，对于乱齿的原因可从以下四部分查找：①刀具轴的运转状况。②工件轴的运转状况。③刀具轴与工件轴的联动状况。④液压及工件夹紧环节状况。

以我公司目前拥有的1 3台LIEBHERR插齿机机型加工内齿圈为例进行数据统计，自2012年6月～2016年6月，共出现14起乱齿，对该14起数据进行分类分析统计，并总结成了一张数据表，便于更加清晰、系统地得到导致插齿乱齿的各种原因及检查方法，具体如附表所示。

14起乱齿事故的统计分析表

根据乱齿的形状、乱齿的类型（见图3）可以分为三类：全齿规则性乱齿、全齿不规则性乱齿以及部分齿乱齿。由此分类可以初步判定乱齿的原因。全齿规则性乱齿，一般是指齿圈内齿齿数不对，或齿数正确而齿面损伤较大，该原因一般为加工参数与实际参数不一致导致。全齿不规则形乱齿，一般是指整个齿圈内齿被啃烂，该问题为展成切削时联动运动环节出问题导致。部分齿乱齿，一般是指整个齿圈部分齿出现缺陷而其他齿完好，该问题一般因刀具损伤或刀具轴与工件轴分度机构缺陷导致。

根据乱齿产生的直接原因，我们进行总结（见图4），由此可见，工件与刀具的夹紧环节是导致故障率较高的原因，其次为刀具轴、工件轴运作状况和其他原因。我们可以根据乱齿原因去分析，梳理出检查步骤以及预防措施；为此，我们可以更深入进行研究。

4.流程梳理

由于插齿乱齿原因很多，面对插齿问题出现时，我们总是束手无措，不知从何查起，只能一项项按部就班地检查所有可能导致的原因。如此处理问题，既低效又不可靠，耽误了大量的精力和设备的可利用率，为此在梳理乱齿处理原因的同时，根据故障率的高低，将检查的先后顺序和相关的处理措施，制作了一个流程图（见图5），可以清晰、明了、高效地指导乱齿故障处理。

在进行了对乱齿原因的分析和处理流程的梳理之后，似乎我们的工作已经完成了。但作为一名生产运营部门的设备工程师或制造工程师，我们在成功对乱齿“破案”后，似乎还有些东西值得我们去思考，我们是否能再深入地做一些事情呢？答案是肯定的，我们将继续深入下去，既然我们已经找到发生乱齿问题的各种原因，我们是否能够从各个根源入手，将预防措施做好，避免或降低乱齿问题的故障率，真正提高我们的设备可利用率。

5.预防措施

（1）从设备维护的角度而言：①设备维护人员须制定预防性维护计划，定期检查刀杆、工作台的拉爪及深度，以防止拉爪、叠簧等损坏，而存在的隐患。②设备维护人员须按照机床保养计划，按要求保养，检查机械精度，相关电气检测元件的完好，相关液压系统的稳定，并督促操作者按要求完成相关部位的保养，保障机床稳定生产。③设备维护人员须增加巡检，避免隐患而导致的故障。

（2）从制造工艺、控制的角度而言：①工艺人员须制定胎具保养计划表，操作者须按要求定期保养胎具，以保证胎具的完好性、稳定性。②工艺人员在试验新品加工时，须对刀具质量、夹紧压力、进刀量、进给速度进行准确分析论证，再进行试验，操作者严格按照工艺要求加工，不得擅自改参数。③工艺人员须定期检查刀杆、锁紧螺母及锁紧扭力扳手的完好，避免刀具松动导致的乱齿。

（3）从操作者角度而言：①操作者须按照点检基准书要求点检，保证机床在使用前完好。②操作者在加工前，须注意夹紧面有无毛刺、铁屑，防止异物导致夹不紧。③操作者须严格按照工艺人员要求，不得擅自改夹紧压力，参数等。④操作者安装刀杆、胎具时，须清理干净拉爪内的铁屑，防止异物导致拉爪拉不紧。⑤操作者更换单号首件时，须有他人复检程序、参数及刀具等，防止出现相关错而导致的乱齿。⑥操作者在加工中断或二次加工时，须重新对刀，并请他人复检，工艺人员确认对刀精度，再进行加工，以提高二次加工精度。⑦操作者做好交接班记录，防止彼此之间相关问题没交代清楚而出现的问题。

只有生产环节的各个人员充分做好本职工作，努力协同设备维护保养、质量控制及操作规范等工作，才能从根本上预防问题的发生。